21
Hình 2.10: Xe giao tiếp với vật thể xung quanh
- Tùy thuộc vào điều kiện ngoại cảnh xung quanh xe như thế nào mà xe có thể chọn chế độ hoạt động khác nhau cho mình. Dựa vào Maps và GNSS mà xe xác định được mình đang di chuyển ở đâu nội thành, ngoại thành hay là trên đường cao tốc.
Hình 2.11: Xe kết hợp tất cả các chức năng để di chuyển trên đường 2.5 Nhận xét
- Qua đó cho thấy việc trang bị các tính năng an tồn trên ơ tơ là vơ cùng quan trọng. Bên cạnh hỗ trợ cho tài xế trong q trình lái xe, các tính năng này cịn mang lại cảm giác an toàn cho tài xế và mọi người xung quanh, hạn chế xảy ra các sự cố không mong muốn.
22
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Tình trạng thực tiễn hiện nay
Hiện nay, tai nạn giao thông đường bộ đang là vấn đề bức xúc của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Theo các thống kê cho thấy một phần ba các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng liên quan đến tốc độ vượt quá hay không phù hợp với quy định. Giảm thiểu số vụ tai nạn cũng như mức độ thiệt hại kèm theo là bài toán lớn đặt ra cho các cơ quan quản lý giao thông, các hãng sản xuất ô tô và các công ty vận tải. Để giúp cho các lái xe có được thơng tin về môi trường, từ lâu trong ngành giao thông đã sử dụng hệ thống biển báo giao thơng. Đó là các biển báo đặt tại ven đường, cung cấp thông tin cụ thể cho lái xe về tình trạng đoạn đường sắp tới, cảnh báo những nguy cơ có thể xảy ra như sai lệch làn đường, va chạm với các tình huống nguy hiểm khi ở tốc độ cao, chỉ dẫn hành vi cần thiết đến người lái.
23
* Nhận xét tình trạng thực tế:
- Nhận thấy tính cấp thiết từ thực tiễn trên, nhóm em đã lên ý tưởng nghiên cứu hướng đề tài tới mục tiêu chính là làm chủ thiết kế và thi cơng mơ hình “Hệ thống
hỗ trợ giám sát trên an tồn tồn trên ơ tô” để giải quyết các vấn đề đang mắc
phải. Nhằm hướng đến giảm thiểu tối đa các trường hợp tai nạn khơng đáng có, và giúp an tồn nhất đến mọi người khi sử dụng ô tô.
- Như đã đề cập ở trên việc có nhiều người vẫn chưa hiểu rõ về cơng dụng, lợi ích của hệ thống hổ trợ giám sát an toàn. Vậy nên điều đầu tiên cần làm rõ đó chính là khái niệm cũng như tính năng của hệ thống.
3.2 Tính năng chung của hệ thống hỗ trợ giám sát an toàn
- Hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn trên ơ tơ là một hệ thống có chức năng giám sát q trình hoạt động của ơ tơ nhằm hỗ trợ cho người lái với nhiều tính năng tiện ích được lập trình sẵn giúp cho người lái được thuận tiện nhất an toàn nhất khi chạy. - Hệ thống gồm những tính năng:
+ Giúp cho người lái có thể bám sát vào làn đường của mình đang chạy cũng như kiểm soát tốc độ của các bánh xe để tránh va chạm với những tình huống nguy hiểm, nếu xe lệch về bên phải hệ thống sẽ can thiệp để xe được giữ làn bằng cách tự động chuyển hướng về bên trái và ngược lại. Đặc biệt khi gặp trường hợp khẩn cấp hệ thống sẽ trực tiếp tác động vào 4 bánh xe để giảm tốc độ giúp người lái hãm phang khi không xử lý kịp thời thao tác của mình.
+ Giúp cho người lái có thể đọc được các biển báo giao thơng trên đường thuận tiện để người lái có thể dễ dàng xử lý hơn trong việc di chuyển tránh mắc phải các lỗi do sai biển báo. Đặc biệt khi gặp biển báo hầm chui hệ thống sẽ tự động bật đèn tránh trường hợp người lái quên bật.
+ Giúp người lái giữ khoảng cách an tồn ở phía trước, phía sau bằng các cảm biến kết hợp với camera nếu khoảng cách khơng an tồn hệ thống sẽ thơng báo đến người lái qua loa âm thanh.
24
3.3 Các hạn chế còn gặp phải, cách khắc phục và sơ đồ giải thuật của hệ thống 3.3.1 Tính năng cảnh báo chệch làn đường 3.3.1 Tính năng cảnh báo chệch làn đường
Hạn chế:
Hình 3.2: Tình trạng mặt đường hiện nay
- 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 thông đường bộ.
Khắc phục:
- Rà soát, khắc phục cũng như loại bỏ những biển báo đã được sửa đổi và đã không
còn 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
- Còn 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 thông 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 thơng 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. Khơng 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