Cảm biến radar phát hiện xe: nguy cơ xảy ra va chạm tăng lên, thời gian phản hồi giảm
Cảnh báo hình ảnh và âm thanh: cảnh báo trực quan bằng hình ảnh và âm thanh Phanh: nhẹ nhàng, đã áp dụng phanh - Mức 3: hình ảnh 27: hệ thống cảnh báo mức 3 cảm biến radar
phát hiện xe: nguy cơ va chạm cực cao
cảnh báo hình ảnh và âm thanh: cảnh báo trực quan bằng hình ảnh và âm thanh
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM TRƯỚC FCW
2.1. GIỚI THIỆU
2.1.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Nhằm nâng cao kiến thức chun mơn và vận dụng những gì đã học vào thực tiễn và cụ thể là ứng dụng tụ động hóa vào các phương tiện vận tải. Bên cạnh đó thì nhóm chúng em muốn có cơ hội học hỏi, tìm tịi và thực hiện mơ hình tương đương hệ thống cảnh báo va chạm trước FCW trên phương tiện vận tải.
2.1.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU “MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẢNHBÁO VA CHẠM TRƯỚC TRÊN Ô TÔ” BÁO VA CHẠM TRƯỚC TRÊN Ô TÔ”
Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử đã gây tác động rất lớn đến ngành công nghiệp oto. Đối với một chiếc ô tô thuần cơ khí thì trên thị trường hiện nay rất khó có thể bán được nhưng nếu kết hợp thêm các chức năng tự động, cảnh báo thì nó sẽ trở thành một sản phẩm công nghệ cao, tạo nên một sức hút lớn trên thị trường. Tất cả sự tối ưu đó đều nhằm mục đích giúp cho người vận hành có thể sử dụng một chiếc xe dễ dàng, thuận tiện, thoải mái và an toàn.
Một trong những thiết bị được nghiên cứu và đã được đưa vào sử dụng đó là hệ thống cảnh báo va chạm trước. Đây là ứng dụng rất hữu ích, có khả năng phát hiện các chướng ngại vật phía trước, phân tích và
cảnh báo cho người vận hành phương tiện khoảng cách và nguy cơ va chạm. Trong trường hợp người vận hành phương mất ý thức khi đang vận hành phương tiện, nếu phương tiện đến gần chướng ngại vật mức nguy hiểm thì hệ thống sẽ điều khiển phanh tự động, tạo ra sự an tồn cho người vận hành.
2.1.3. TÌNH HÌNH TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
Hệ thống cảnh báo va chạm trươc FCW đã được nghiên cứu thành cơng ở nước ngồi và được sử dụng phổ biến ở các dòng xe ở phân khúc tầm trung đến cao cấp.
Hãng xe hàng đầu Việt Nam “VinFAst” cũng đã sử dụng hệ thống này. Trên thị trường cũng đã xuất hiện các sản phẩm lẻ như Movon MDAS 9, Mobileye 630…và hầu hết là hàng nhập khẩu.
hình ảnh 29:Movon MDAS 92.1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 2.1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI
Sản phẩm này tuy đã được sử dụng rộng rãi ở các dòng xe dòng trung và cao cấp nhưng vẫn cịn một số nhược điểm có thể gây nguy hiểm là: khả năng phát hiện các vật thể có mối đe dọa tiềm ẩn, tốc độ xe để kích hoạt hệ thống FWC, hiệu suất làm việc trong thời tiết bất lợi như mưa lớn, sương mù dày đặc. Đây là một trong những vấn đề an toàn mà được rất nhiều người quan tâm.
2.2. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
Xuất phát từ tình hình thực tế trong và ngồi nước, cũng như những nhận định và phân tích trên thì ta có thể thấy rằng các xe dịng trung và
cao cấp đã được trang bị hệ thống FCW. Tuy nhiên trên các loại xe phổ thơng thì khơng có hệ thống FCW, điều này có thể làm giảm tính an tồn cho người vận hành. Trong thời đại công nghệ phát triển như hiện nay, việc đưa các công nghệ tự động vào các phương tiện di chuyển để đem lại sự thoải mái và an toan cho người vận hành là điều rất cần thiết.
Với những kiến thức đã học và những thơng tin được cập nhật trên internet, nhóm em thấy việc xây dựng hệ thống cảnh báo va chạm trước là điều rất cần thiết. Nhằm mục đích đem lại sự an toàn cho người vận hành phương tiện giao thơng ở các dịng xe chưa có hệ thống FCW, cho nên nhóm em đã thực hiện đề tài cảnh báo va chạm trước kết hợp với phanh khẩn cấp.
Với mục đích này, nhóm em sử dụng cảm biến siêu âm HR SC-04 để thu thập dữ liệu đó là khoảng cách từ phương tiện đến vật cản và gửi về bộ điều khiển. Bộ điều khiển thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu từ đó đưa ra tín hiệu cảnh báo là coi và đèn, khi vật thể q gần thì bộ điều khiển sẽ đưa tín hiệu điều khiển phanh.
2.3. YÊU CẦU THIẾT KẾ
Sau khi hồn thành mơ hình thì phải đáp ứng đầy đủ các nhu cầu sau:
Hệ thống phát hiện xe trong phạm vi sẽ báo động đèn và còi Hệ thống phát hiện xe trong phạm vi nguy hiểm sẽ phanh
Cảm biến siêu âm đo khoảng cách chính xác Thiết kế mạch điều khiển nhỏ gọn
Hệ thống hoạt động ổn định
Tiết kiệm năng lượng, giá cả phù hợp
2.4. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
Tìm hiểu và thu thập đầy đủ các thông tin, tài liệu, kiến thức liên quan đến hệ thống cảnh báo va chạm trước FCW
Lựa chọn các linh kiện thích hợp với cách thức hoạt động của mơ hình đề tài như: vi điều khiển, cảm biến, đèn, cịi
Trong mơ hình mơ phỏng đề tài ta lựa chọn vi điều khiển arduino, sử dụng cảm biến siêu âm HR SC-04 để xác định khoảng cách từ phương tiện đến chướng ngại vật và gửi thông tin về cho vi điều khiển xử lí thơng tin. Chọn led xanh và Piezo buzzer để cảnh báo âm thanh và đèn, chọn led đỏ tượng trưng cho phanh. Phần mềm lập trình là phần mềm Arduino IDE.
2.5. LỰA CHỌN LINH KIỆN
Lựa chọn linh kiện sử dụng trong việc thiết kế và thực hiện mơ hình là bước rất quan trọng. Lựa chọn linh kiện phù hợp sẽ giúp cho việc thực hiện mơ hình trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn cũng như giúp giảm chi phí thực hiện nhưng cơng việc vẫn mang đến hiệu quả cao.
2.5.1. LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN
hình ảnh 30:Arduino uno r3
Trong hê thống cảnh báo va chạm trước fcw thì ta chỉ cần xử lý dữ liệu được gửi về từ cảm biến siêu âm, từ đó kích hoạt cảnh báo bằng led xanh và piezo buzzer, kích hoạt led đỏ (mơ phỏng thay phanh). Với lí do trên ta chỉ cần chọn vi điều khiển với mức độ trung bình, giá thành rẻ, dễ dàng kết nối và tìm kiếm trên thì trường đó là vi điều khiển AT Mega328 (Arduino uno r3).
Ưu điểm lớn nhất của Arduino là có thể sử dụng ngay. Vì Arduino là một bộ hồn chỉnh gồm bộ nguồn 5V, một ổ ghi, một bộ dao động, một vi điều khiển, truyền thông nối tiếp, LED và các giắc cắm. Chúng ta không cần phải suy nghĩ về các kết nối lập trình hoặc bất kỳ giao diện nào khác. Chỉ cần cắm nó vào cổng USB của máy tính.
Arduino rất đơn giản, dễ sử dụng, dễ code (ngôn ngữ tương tự như C++). Một trong những cái hay nhất của Arduino là nó hỗ trợ rất nhiều thư viện, rất tiện lợi. Ngồi ra trên mạch có ký hiệu rất rõ ràng, đầy đủ các chân, cực kỳ thuận tiện trong quá trình sử dụng. Khi làm việc với Arduino thì giúp ta rút ngắn được một số cơng đoạn khi thiết kế…
Có rất nhiều diễn đàn trên internet nói về Arduino. Kỹ sư và các chuyên gia đang thực hiện dự án của họ thông qua Arduino. Chúng có thể dễ dàng tìm thấy mọi thơng tin về arduino.
Có thể thấy việc lựa chọn Arduino uno r3 là phù hợp cho việc làm mơ hình mơ phỏng cảnh báo va chạm trước fcw, vừa đảm bảo thực hiện đầy đủ các chức năng vừa đảm bảo có giá thành phù hợp.
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt
động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt
động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào
khuyên dùng 7-12V DC
Điện áp vào giới
hạn 6-20V DC
Số chân Digital
I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên
Dòng ra tối đa
(5V) 500 mA
Dòng ra tối đa
(3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Bảng thông số kĩ thuật của Arduino UNO R3
2.5.2. LỰA CHỌN CẢM BIẾN
Do xuất phát từ yêu cầu của đề tài là hệ thống cảnh báo va chạm trước FCW ứng dụng trên ơ tơ do đó trong mơ hình đề tài này chúng em nhận thấy việc sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và gửi tín hiệu về vi điều khiển để xử lý thơng tin là thích hợp nhất.
Cảm biến siêu âm được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì giá thành rẻ và chính xác. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2-300cm với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.
Cảm biến siêu âm SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Cảm biến gồm 2 module, 1 module phát ra sóng siêu âm và 1 module thu sóng siêu âm phản xạ về. đầu tiên cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40khz. Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng. Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật.
Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh)/2. Vận tốc âm thanh = 340m/s.
Khi ứng dụng trên ô tô thật thường các hãng phương tiện sử dụng radar và camera. Giúp cho hệ thống cảnh báo va chạm trước FCW có tính chính xác, an tồn và hoạt động ổn định hơn.
Thông số kỹ thuật:
- Dòng hoạt động: < 2mA - Mức cao: 5v - Mức thấp: 0v - Góc tối đa: 15 độ - Khoảng cách: 2cm-450cm - Độ chính xác: 3mm - VCC: 5v
- Trig: chân điều khiển phát
- Echo: chân nhận tín hiệu phản hồi
- GND: nối đất
hình ảnh 32:Cịi Piezo buzzer
Cịi thụ động
Do nhu cầu cảnh báo có cịi hú trong hệ thống cảnh báo va chạm trước fcw. Khi xe phát hiện vật cản trong phạm vi cài đặt, còi sẽ kêu để báo cho người điều khiển phương tiện biết có vật cản trước xe.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp: 5VDC
- Tần số hoạt động: 2khz-5khz
- Kích thước: 12mm*8.5mm
2.5.4. LED ĐỎ, XANH
hình ảnh 33:đèn led
Led xanh dùng cho hệ thống cảnh báo và led đỏ mô phỏng cho phanh khi phương tiện đến gần chướng ngại vật nhưng không thấy dấu hiệu giảm tốc độ
Thống số kỹ thuật:
- Chiều dài chân: >20mm
- Điện áp tham chiếu: + đỏ: 1.8-2V
+ xanh dương: 2.8-3.2V
- Dòng: 5mA-40mA (khun dung 10-20mA là bền)
CHƯƠNG 3: THI CƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM TRƯỚC FCW
1.SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
-
hình ảnh 34: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối nguồn (power supply): cung cấp điện áp ổn định cho tất cả các
khối trong hệ thống ,khối nguồn được sử dụng để ổn định và cung cấp áp 5VDC cho khối điều khiển aduino để cấp nguồn cho mạch hoạt động
Khối cảm biến (cảm biến siêu âm HR-SC04): khối này có nhiệm vụ
lấy tín hiệu từ vật cản và chuyển thành giá trị điện áp để đưa đến vi điều khiển để xử lý, khi phát hiện vật cản cảm biến sẽ phát ra sóng âm và tạo ra tín hiệu đưa đến bộ điều khiển. bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu cho đèn và còi để cảnh báo nếu trong khu vực nguy hiểm
Khối điều khiển: khối này làm nhiệm vụ giao tiếp ,nhận và xử lý dữ
2.NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Hệ thống hoạt động một cách tự động cảm biến được gắn cố định trước xe khi xe chạy cảm biến phát ra sóng âm ra mơi trường và tạo tín hiệu điện áp để đưa đến bộ điều khiển. khi trong khu vực nguy hiểm thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển bộ điều khiển sẽ điều khiển đèn và còi cảnh báo.
Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ
chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại.
3.LẮP ĐẶT MƠ HÌNH
hình ảnh 35:sơ đồ đấu nối mơ hình
3.1 KẾT NỐI CẢM BIẾN SIÊU ÂM VỚI ARDUINO UNOCảm biến siêu âm aduino Cảm biến siêu âm aduino
GND GND
VCC 5V
Trig chân 7
Chân VCC của cảm biến kết nối với chân 5V của aduino để cấp nguồn cho cảm biến
Chân Trig sẽ nối với chân số 7 của aduino và chân Echo kết nối với chân 5 của aduino
3.2 KẾT NỐI ĐÈN VÀ CỊI
chân dương của cịi sẽ nối với chân 10 của aduino và chân âm sẽ nối chân GND
chân dương của led xanh sẽ nối với điện trở 10k và nối với chân 2 của aduino
chân dung đèn led đỏ nối với điện trở 10k và nối với chân 13 của aduino
hình ảnh 36: lưu đồ thuật tốn
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THU ĐƯỢC4.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VỀ MẶT LÝ THUYẾT 4.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VỀ MẶT LÝ THUYẾT
Hiểu rõ về hệ thống tránh va chạm trước oto
Tìm hiểu được về aduino và cách lập trình và ứng dụng của nó để thiết kế mạch điều khiển tránh va chạm. biết được ứng dụng , cấu tạo cũng như các thông số cơ bản của cảm biến siêu âm trong thực tế và áp dụng vào đề tài
4.2 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VỀ MẶT THỰC TẾ
Thiết kế được mạch điều khiển tránh va chạm trước của oto và khả năng phát hiện vật cản nhạy để tránh những trường hợp xấu khi lái xe
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
- Nghiên cứu và đề xuất giải pháp để xây dựng thiết kế hệ thống tránh va chạm trước cho xe oto
- Nghiên cứu thực trạng và vai trò của khoa học kỹ thuật 4.0 có tầm quan trọng đối với oto
- Qua đó bổ sung thêm kiến thức thực tế hơn về oto và tìm hiểu them những kiến thức mới nhất và hiệu quả nhất cho xe oto
- Nghiên cứu thêm một số dự án thực tế về oto để trau dồi thêm kiến thức để khi ra trường có kiến thức đi làm
- Vì tình hình dịch bệnh phức tạp và thời gian có hạn, nên chúng em chỉ nghiên cứu về lý thuyết và chưa có tiếp xúc và hiểu thực tế qua quá trình nghiên cứu có gì sai xót mong thầy thơng cảm bỏ qua cho chúng em
- Chúng em mong thầy có những gì cần bổ sung thêm nếu thiếu sót để chúng em rút kinh nghiệm để khi đi làm còn biết để làm
CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢOhttps://news.oto-hui.com/he-thong-canh-bao-va-cham-phia- https://news.oto-hui.com/he-thong-canh-bao-va-cham-phia- truoc-forward-collision-warning-fcw/ https://vinfastauto.com/vn_vi/cam-bien-toc-do https://uniduc.com/vi/blog/cam-bien-laser http://arduino.vn/bai-viet/233-su-dung-cam-bien-khoang- cach-hc-sr04 https://besun.org/cam-bien-radar-vi-song-la-gi/ https://katavina.com/tin-xe/cam-bien-toc-do-o-to-la-gi-cau- tao-nguyen-ly-hoat-dong.html https://news.oto-hui.com/he-thong-canh-bao-va-cham-phia- truoc-forward-collision-warning-fcw/ https://dangkiemdanang.com.vn/Xemtin.aspx?baivietId=809 https://ngaynay.vn/xe/he-thong-canh-bao-va-cham-tren-xe-o-