- Tính năng cảnh báo chệch làn đường hoạt động dựa vào camera theo dõi các vạch kẻ phân làn đường, vì thế chức năng này có thể bị hạn chế trong trường hợp trên đường khơng có vạch kẻ làn đường hoặc vạch kẻ bị mờ trong tầm ngắm của camera, hoặc vạch kẻ đường khơng rõ ràng, trên mặt đường có cát che phủ và hạn chế tầm ngắm khi qua cung đường cong.
- Khi bị ánh sáng mặt trời chiếu thẳng vào thì camera sẽ khơng thể phân tích được dữ liệu mặt đường.
- Đường quá nhiều nước, vạch kẻ đường quá mỏng, hệ thống cũng sẽ hoạt động khơng chính xác.
- Ngồi ra, đơi khi có thể xảy ra lỗi của cảnh báo khi theo dõi làn đường khi lấn qua đường gạch đứt đoạn.
25
Khắc phục:
- Hệ thống sẽ hoạt động một cách tốt nhất, hiệu quả nhất nên người lái cần chú ý đặt camera đúng vị trí.
-Thường xuyên lau chùi, bảo trì và kiểm tra để camera hoạt động bình thường và tốt nhất.
- Chú trọng chất lượng, thường xuyên sửa chữa, nâng cấp cơ sở hạ tầng. - Thường xuyên vẽ lại vạch kẻ đường khi bị mờ.
Sơ đồ giải thuật của tính năng cảnh báo chệch làn đường
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: làn đường xe chạy trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý: Raspberry xử lý giữ ổn định bám làn đường => Xuất: Đồng hồ talop => Kết thúc.
26
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: làn đường xe chạy trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý : Xe lệch làn chạm vào vạch kẻ đường trái, ngược lại => Xử lý : Raspberry xử lí => điều chỉnh xe tự động rẽ về bên phải, ngược lại để xe ổn định vào đúng làn đường của mình => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
3.3.2 Tính năng nhận biết các biển báo giao thơng
Hạn chế:
Hình 3.3: Những tình huống biển báo bị che khuất
- Các biển báo giao thông bị mờ, thiếu hoặc bị che khuất cũng gây khó khăn trong q trình phân tích dữ liệu của camera.
- Người lái xe không nắm rõ các kiến thức về biển báo giao thơng đường bộ.
Khắc phục:
- Rà sốt, khắc phục cũng như loại bỏ những biển báo đã được sửa đổi và đã khơng
cịn phát huy tác dụng.
- Thường xuyên cắt, tỉa các cành cây che phủ chỗ đặt biển báo giao thông. - Liên tục cập nhập các biển báo giao thông đường bộ.
27
- Phổ cập thêm nhiều biển báo đi đường cũng như kiến thức hiểu biết về biển báo cho người lấy.
Sơ đồ giải thuật của tính năng nhận biết biển báo giao thơng
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: Biển báo giao thông trên đường => Điều kiện : Camera tiếp nhận => Xử lý: Raspberry xử lý đọc các biển báo trên đường đã được lập trình sẵn => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
Biển báo giao thông
28
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: Biển báo giao thông trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý: Biển báo hầm chui => Xử lý: Raspberry xử lý khi gặp đọc biển báo trên đường đã được lập trình sẵn => Xử lí: Đèn tự động bật => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
3.3.3 Tính năng phanh khẩn cấp khi gặp vật cản
Hạn chế:
Hình 3.4: Tai nạn liên hồn do xe phang gấp
- Cịn hạn chế khi nhận diện vật cản. Phần lớn các xe chỉ nhận diện được hình dạng của xe, người đi bộ hoặc xe đạp.
- Khi camera trên kính chắn gió bị bụi bẩn hoặc yếu tố thời tiết, bởi tính năng này hoạt động và nhận diện vật cản thơng qua camera và radar ở phía trước xe.
- Khi người lái có bất kỳ động thái như: tăng ga, đánh lái, hoặc phanh. - Khi người lái xe có tín hiệu báo rẽ, tăng tốc hoặc đạp ga đột ngột.
- Ảnh hưởng do thời tiết, chất lượng đường xá cũng như ý thức của người lái xe.
Khắc phục:
- Thường xuyên lau chùi, bảo trì và kiểm tra để camera hoạt động bình thường và tốt nhất.
- Kết hợp với các cảm biến va chạm phía trước cũng như phía sau để được thuận tiện nhất.
29
Sơ đồ giải thuật của tính năng phanh khẩn cấp khi gặp vật cản
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: ARDUINO xử lý giữ ổn định bám làn đường => Xuất: Đồng hồ talop => Kết thúc.
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: có xe chạy phía trước => Xử lý: ARDUINO xử lý nếu nguy
30
hiểm => Xử lý: Cảm biến khoảng cách hoạt động xe => Xử lý: Tác động vào 4 bánh xe hãm phang từ từ giúp xe chậm lại => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
Trường hợp 3:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: Có xe chạy phía trước => Xử lý: ARDUINO xử lý nếu khoảng cách nguy hiểm, đặc biệt là vượt quá giới hạn về khoảng cách có thể gây tai nạn => Xử lý: Cảm biến khoảng cách hoạt động xe => Xử lý: Tác động vào 4 bánh xe hãm phanh trực tiếp giúp xe ngừng lại giảm va chạm xảy ra => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
31
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Tổng quan mơ hình 4.1 Tổng quan mơ hình
* Sơ đồ mạch điện hệ thống giữ làn đường và nhận biết biển báo:
32
* Sơ đồ mạch cảm biến va chạm:
33
Ngày nay, các ông lớn như: Tesla, Google, Apple, ... đều đang cố gắng tạo ra chiếc xe tự lái của riêng họ có thể chạy trên mơi trường thực tế nhằm hướng đến cuộc sống thông minh, hiện đại nhiều tiện ích giúp đỡ con người. Nhiều nhà phân tích cho rằng trong 5 năm tới chúng ta sẽ có ơ tơ hồn tồn tự lái trong các thành phố và trong 30 năm tới gần như tất cả ơ tơ sẽ hồn tồn tự lái. Chính vì thế nhóm chúng em sẽ sử dụng các phương pháp tương tự các ông lớn để mô phỏng lại một chiếc xe tự hành của riêng mình. Dưới đây là các phần nhóm em đã thực hiện để có được 1 chiếc xe tự hành:
- Liệt kê các phần cứng và liên kết thống nhất. - Thiết lập phần mềm.
- Hướng dẫn Raspberry có được tính năng an tồn của xe tự hành.
4.2 Các phần cứng 4.2.1 Raspberry Pi 3
Giới thiệu:
- Raspberry Pi là chiếc máy tính kích thước nhỏ được tích hợp nhiều phần cứng mạnh mẽ đủ khả năng chạy hệ điều hành và cài đặt được nhiều ứng dụng trên nó. Với giá chỉ vài chục USD, Raspberry hiện đang là mini computer nổi bật nhất hiện nay. Ban đầu, tổ chức Raspberry Pi Foundation phát triển dự án Raspberry với mục tiêu chính là giảng dạy máy tính cho trẻ em và tạo ra một công cụ giá rẻ (chỉ vài chục USD) để sinh viên nghiên cứu học tập. Tuy nhiên, sau khi xuất hiện, Raspberry Pi được cộng đồng đánh giá cao về tính ứng dụng với phần cứng được hỗ trợ tốt, Pi đã nhanh chóng phát triển một cách rộng rãi. Pi phù hợp cho những ứng dụng cần khả năng xử lý mạnh mẽ, đa nhiệm hoặc giải trí và đặc biệt cần chi phí thấp. Hiện nay đã có hàng ngàn ứng dụng đa dạng được cài đặt trên Rasberry Pi.
- Raspberry Pi 3 Model B+ được ra mắt vào ngày 14/03/2018.
- Raspberry Pi Việt Nam cũng đã chính thức cung cấp sản phẩm Raspberry Pi 3 Model B+ tại Việt Nam với phiên bản Made in the UK do RS Component hoặc Element14 sản xuất.
34
Hình 4.1: Tổng quan mạch Raspberry
- Đây là sản phẩm mới nhất trong gia đình Raspberry Pi, nổi bật với chip 4 nhân 64-bit có tốc độ 1.4GHz – nhanh nhất từ trước đến nay. Phiên bản mới còn hỗ trợ Wifi Dual-band 2.4GHz và 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ cao (300Mbps) và Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT. - Ngồi những thay đổi đó, kích thước bề ngồi cũng như phần mềm của Raspberry Pi 3 Model B+ khơng thay đổi. Nghĩa là bạn hồn tồn có thể sử dụng các phụ kiện cũ như vỏ, thẻ nhớ, adapter (nguồn điện) hoặc các phần mềm đang chạy trên Raspbian/Ubuntu hiện tại. Tuy nhiên, về hệ điều hành thì các bạn cần tải bản mới nhất để có thể hỗ trợ được bo mạch mới nhất này.
- Có 2 phụ kiện bắt buộc phải có để có thể chạy Raspberry là: nguồn cung cấp và thẻ nhớ để cài hệ điều hành.
- Ngoài ra, để sử dụng tốt hơn những ứng dụng của Raspberry các bạn có thể lựa chọn thêm những sản phẩm hỗ trợ cho Raspberry. Như dây HDMI để kết nối với màn hình máy tính, cáp nối mạng hay camera.
Chức năng của Raspberry Pi 3:
- Hiện nay, có thể thấy người ta dùng Raspberry Pi làm các thứ như: Đầu coi phim HD giống như Android Box, hỗ trợ KODI đầy đủ.
Máy chơi game cầm tay, console, game thùng. Chơi như máy điện tử băng ngày xưa, giả lập được nhiều hệ máy.
35 Cắm máy tải Torrent 24/24.
Dùng làm VPN cá nhân.
Biến ổ cứng bình thường thành ổ cứng mạng (NAS). Làm camera an ninh, quan sát từ xa.
Hiển thị thời tiết, hiển thị thông tin mạng nội bộ... Máy nghe nhạc, máy đọc sách.
Làm thành một cái máy Terminal di động có màn hình, bàn phím, pin dự phòng để sử dụng mọi lúc mọi nơi, dò pass Wi-Fi...
Làm thiết bị điều khiển Smart Home, điều khiển mọi thiết bị điện tử trong nhà. Điều khiển robot, máy in không dây từ xa, Airplay...
Thông số kỹ thuật:
- Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC @1.4GHz.
- RAM: 1GB LPDDR2 SDRAM.
- Kết nối: 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps).
- Cổng USB: 4 x 2.0. - Mở rộng: 40-pin GPIO.
- Video và âm thanh: 1 cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân.
- Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30), OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics.
- Lưu trữ: MicroSD.
- Nguồn điện sử dụng: 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC trên chân GPIO, Power over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT).
36
4.2.2 Arduino Uno
Giới thiệu:
- Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự án điện tử. Arduino bao gồm cả bảng mạch lập trình (thường được gọi là vi điều khiển) và một phần mềm hoặc IDE (Mơi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính, được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên bo mạch.
- Nền tảng Arduino giờ đã khá phổ biến với những người mới bắt đầu với thiết bị điện tử. Không giống như hầu hết các bo mạch lập trình trước đây, Arduino khơng cần phần cứng riêng để tải mã mới lên bo mạch - ta có thể chỉ cần sử dụng cáp USB. Ngoài ra, Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản của C++, giúp việc học lập trình dễ dàng hơn. Arduino cung cấp một mẫu chuẩn giúp dễ tiếp cận các chức năng của bộ vi điều khiển hơn.
Cấu tạo:
- Có nhiều loại bo mạch Arduino sử dụng cho các mục đích khác nhau, nhưng hầu hết Arduino có các thành phần như dưới đây:
37 - Gồm:
1. Nguồn (USB / BARREL JACK).
2. Các Chân (5V, 3.3V, GND, Digital, Analog, PWM, ISF).
3. Nút Reset (Reset Button).
4. Đèn Led báo nguồn (Power Led Indicator).
5. Led TX và RX (TX RX LEDs).
6. Ic chủ (Main IC).
7. Bộ điều chỉnh điện áp (Voltage Regulator).
Thông số kỹ thuật:
Vi điều khiển Atmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 – 12 V
Điện áp cấp (giới hạn) 6 – 12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
Chân Input analog 6 (A0 – A5)
Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA
Dòng điện chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P) – trong đó 0.5 kB
dùng cho bootloader. SRAM 2 kB (Atmega328P) EEPROM 1 kB (Atmega328P) Tốc độ xung nhịp 16 MHz Kích thước 68.6 x 53.4 mm Trọng lượng 25 g
38
Ứng dụng của Arduino:
- Phần cứng và phần mềm Arduino được thiết kế cho các nghệ sĩ, nhà thiết kế, hacker và bất kỳ ai quan tâm đến việc tạo ra các đối tượng hoặc mơi trường tương tác. Arduino có thể tương tác với các nút, đèn LED, động cơ, loa, đơn vị GPS, máy ảnh, internet và thậm chí cả điện thoại thơng minh hoặc TV. Sự linh hoạt này cộng với với phần mềm Arduino là miễn phí, các bo mạch phần cứng khá rẻ và cả phần mềm, phần cứng đều dễ học, nên nó có một cộng đồng người dùng lớn đã đóng góp mã và hướng dẫn cho một lượng lớn project dựa trên Arduino.
- Đối với tất cả mọi thứ từ robot và miếng sưởi ấm tay đến các máy dự đoán tương lai, Arduino có thể được sử dụng như bộ não đằng sau hầu hết các dự án điện tử.
4.2.3 Camera Raspberry Pi V2
Giới thiệu:
- Tháng 4/2016, Raspberry Pi Foundation ra mắt thế hệ thứ 2 của sản phẩm Camera Module với nâng cấp đáng kể nhất là sử dụng sensor Sony IMX219 8 Megapixel.
Hình 4.3: Camera Raspberry Pi
- Raspberry Pi Camera Module V2 có một cảm biến 8-megapixel (MP) của Sony IMX219 (so với cảm biến 5-megapixel (MP) OmniVision OV5647 trên Camera Module phiên bản cũ).
39
- Camera Module có thể được sử dụng để quay video độ nét cao, cũng như chụp hình ảnh tĩnh. Nó khá dễ dàng để sử dụng cho người mới bắt đầu, nhưng cũng có rất nhiều giải pháp mở rộng để cung cấp cho người dùng yêu cầu cao. Có rất nhiều demo của người dùng về công dụng của Camera Module như chụp Time- Lapse, Slow-Motion và rất nhiều ứng dụng khác. Bạn có thể tham khảo thêm hướng dẫn sử dụng để tạo các hiệu ứng với chiếc camera này.
- Raspberry Pi Camera Module V2 là một bước nhảy vọt về chất lượng hình ảnh, màu sắc trung thực và hiệu suất ánh sáng thấp. Đặc biệt nó hỗ trợ video lên tới 1080P30, 720P60 và video mode VGA90, cũng như chế độ chụp hình. Dĩ nhiên, nó vẫn sử dụng đoạn cáp 15cm qua cổng CSI trên Raspberry Pi.
- Chiếc camera này tương thích với tất cả các phiên bản của Raspberry Pi.
Thông số kỹ thuật:
- Ống kính tiêu cự cố định.
- Cảm biến độ phân giải 8 MP cho khả năng chụp ảnh kích thước 3280 x 2464. - Hỗ trợ video 1080p30, 720p60 và 640x480p90.
- Kích thước 25mm x 23mm x 9mm. - Trọng lượng chỉ hơn 3g.
- Kết nối với Raspberry Pi thông qua cáp ribbon đi kèm dài 15 cm.
4.2.4 Loa Buzzer
Giới thiệu:
- Loa Buzzer 5V (Cịi chíp, cịi bíp) là sản phẩm còi báo thường được sử dụng trong các mạch điện tử, được thiết kế nhỏ gọn, chân cắm thích hợp sử dụng báo động, báo hiệu âm thanh cho tín hiệu.
40 Thông số kỹ thuật:
- Nguồn : 3.5V – 5.5V.
- Dòng điện tiêu thụ: <25mA.
- Tần số cộng hưởng: 2300Hz ± 500Hz. - Biên độ âm thanh: >80 dB.
- Nhiệt độ hoạt động:-20 °C đến +70 °C. - Kích thước : Đường kính 12mm, cao 9,7mm.
Hình 4.5: Sơ đồ nối mạch 4.2.5 Mạch động cơ L298N
Giới thiệu:
- Mạch động cơ L298N là một module thông dụng với chức năng thông dụng và giá thành cực kỳ rẻ là lựa chọn của các bạn học sinh, sinh viên.
41
Hình 4.6: Mạch động cơ L298N và chú thích chi tiết
Thơng số kỹ thuật:
- Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.