THIẾT KẾ & CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẢNH BÁO
VI.3.1 MẠCH CẢNH BÁO BUỒN NGỦ 1: Nguyên lý:
Nguyên lý:
Dựa trên nguyên lý hoạt động giống hệ thống Driver Attention Warning của Saab đang được thử nghiệm tại Viện nghiên cứu Giao thông Thụy Điển: sử dụng hai camera hồng ngoại loại nhỏ, một chiếc được đặt trên cửa phía lái và một ở giữa bảng điều khiển trung tâm. Chúng chịu trách nhiệm ghi và phân tích chuyển động của mắt tài xế. Nếu các camera phát hiện thấy anh ta nhắm mắt trong khoảng thời gian lâu hơn bình thường, hệ thống sẽ rung chuông báo thức.
Khi chớp mắt tín hiệu EOG theo chiều dọc (Vertical) sẽ có điện thế tăng trong khoảng thời gian rất ngắn (<0.5 s) sau đó trở về 0V. Khi nhắm mắt thì điện thế EOG cũng tăng nhưng không trở về 0V ngay lập tức mà có biên độ giảm dần cho đến khi mở mắt. Dựa vào hiện tượng trên có thể làm một mạch cảnh báo buồn ngủ bằng tín hiệu EOG khi tài xế nhắm mắt lâu hơn bình thường.
Hình 6.23: Mạch so sánh điện áp với IC LM311
Sử dụng IC LM311[23]là IC chuyên dụng dùng để so sánh điện áp. Tín hiệu từ tầng khuếch đại và lọc nhiễu được so sánh với điện áp ngưỡng. Điện áp ngưỡng có thể thay đổi được bằng biến trở 50KΩ. Điều này giúp cho thiết bị cảnh báo buồn ngủ 1 có thể được sử dụng cho các loại đối tượng khác nhau như khác nhau về tuổi tác, khác nhau về vùng da quanh mắt (vùng da dán điện cực) và đặc biệt là khác nhau về loại điện cực, chất lượng điện cực. Khi tín hiệu từ tầng khuếch đại và lọc nhiễu nhỏ hơn điện áp ngưỡng (khi mở mắt) thì ngõ ra output của IC LM311 có giá trị là 0V và ngược lại nếu lớn hơn điện áp ngưỡng ( khi nhắm mắt) thì ngõ ra output có giá trị là +12V. Như vậy tín hiệu sau khi đưa vào mạch này sẽ phát hiện được mắt đang nhắm hay mở:
Nhắm mắt : output = 12V Mở mắt : output = 0V
Mạch tạo độ trễ 0.5 s:
Sử dụng mạch dao động tạo xung bằng IC 555[24]
Hình 6.24: Mạch dao động tạo xung bằng IC 555
Mạch chỉ hoạt động khi tụ nạp đến 2/3 Vcc và thời gian nạp là một hằng số xác định được tính theo công thức:τ = (Ra + Rb).C
Chọn Ra = 5 KΩ, Rb = 5 KΩ, C = 47μFτ ≈ 0.5s
Kết hợp mạch so sánh và mạch tạo độ trễ 0.5 s:
Cho ngõ output của mạch so sánh điện áp là nguồn nuôi (Vcc) của mạch IC555. Như vậy ta cóbảng 6.1: Bảng trạng thái:
Trạng thái mắt Output của mạch so sánh (V)
IC555
Mở mắt 0 Không hoạt động (do không có Vcc cung cấp)
Nhắm mắt < 0.5 s 12 Không hoạt động (do có nguồn cung cấp nhưng tụ điện chưa đủ thời gian nạp đến 2/3 Vcc).
Nhắm mắt > 0.5 s 12 Hoạt động (do có nguồn cung cấp và tụ điện đủ thời gian nạp đến 2/3 Vcc).
Như vậy nếu nhắm mắt lâu hơn 0.5 s sẽ có tín hiệu xuất ra từ chân số 3 của IC555, lúc này nếu mở mắt ra thì tín hiệu sẽ mất đi (chân số 3 không có tín hiệu) thời gian cảnh báo quá ngắn. Để cảnh báo dài hơn (dù mở mắt thì vẫn có tín hiệu cảnh báo) dùng thêm một thyristor để
giữ trạng thái:
Nguyên lý hoạt động của Thyristor MCR100-6[25]được mô tả theo hình dưới:
Hình 6.26: Nguyên lý hoạt động của thyristor MCR100-6
Khi khoá K1 đóng đèn D sáng, ngắt khoá K1 đèn D vẫn sánggiữ trạng thái Muốn tắt đèn D thì phải ngắt khoá K2 tức là phải ngắt nguồn điện cung cấp U2. Như vậy áp dụng nguyên lý hoạt động của thyristor để đưa vào mạch cảnh cáo buồn ngủ sẽ giúp cho tín hiệu cảnh báo kéo dài đủ để đánh thức tài xế và buộc tài xế phải nhận thức được là mình đang buồn ngủ bằng hành động tự tắt chế độ báo động.
Sản phẩm thiết bị cảnh báo buồn ngủ 1:
Hình 6.28: Thiết bị cảnh báo buồn ngủ 1 (nhìn thẳng)