BÁO CÁO MÔN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Đề tài: HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÙI XE CHO XE Ô TÔ CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM HCSR04 CHƯƠNG II – CẤU HÌNH PHẦN CỨNG Chương III THIẾT KẾ THUẬT TOÁN – MÔ PHỎNG – MÔ HÌNH CHƯƠNG IV – THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM C SHARP 28 4.1) Thiết kế giao diện trên phần mềm C – Sharp (C) 4.2) Mô phỏng trên C – Sharp
GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04
Dải đo của cảm biến siêu âm HC-SR04
- Cảm biến siêu âm HC-SR04 phát hiện khoảng cách từ vật thể đến đầu cảm biến là trong khoảng từ 2cm – 100cm.
Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động
- Điện áp hoạt động là 5V/DC cấp vào chân Vcc của cảm biến.
Tín hiệu đầu vào vào ra của cảm biến
- Tín hiệu vào : điện áp
- Tín hiệu ra : tần số
Xử lí tín hiệu đầu ra của cảm biến
Tín hiệu đầu ra của cảm biến là tần số, từ đó chúng ta có thể suy ra thời gian bằng cách lập trình Arduino để đếm thời gian nhận xung từ cảm biến qua một chân đã kết nối Thời gian đếm được được ký hiệu là “t”, và từ giá trị “t” này, chúng ta có thể tính toán khoảng cách sử dụng công thức (1.1).
1.7) Ứng dụng của cảm biến siêu âm HC-SR04 trong thực tế
- Cảm biến siêu âm được sử dụng rất nhiều trong các khu vực nhà máy công nghiệp; dây chuyền sản xuất, khu vực bệnh viện…
Hình 1.5 Ứng dụng thực tế của cảm biến siêu âm
CẤU HÌNH PHẦN CỨNG
Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Hình 2.2 Quy định về khoảng cách từ đầu cảm biến đến vật cản
- Khi khởi động hệ thống bằng cách cấp nguồn vào cho hệ thống, thì màn hình
LCD sẽ hiển thị: xin chao ! Nhom 5 ! DO LUONG !
- Khi xe nằm trong khoảng cách nguy hiểm (d ≤ 10cm) thì đèn đỏ sáng, còi kêu, màn hình LCD hiển thị: “nguy hiem”
- Khi xe nằm trong khoảng cách an toàn (d > 50cm) thì đèn không sáng, còi không kêu, màn hình LCD hiển thị: “an toan”
- Khi xe nằm trong khoảng từ 10 < d ≤ 50cm thì đèn vàng sáng, còi không kêu, màn hình LCD hiển thị khoảng cách đo được từ cảm biến.
Cấu hình vi xử lý
2.3.1 Giới thiệu vi xử lí Arduino nano
Board Arduino Nano V3 là phiên bản nhỏ gọn nhưng đầy đủ tính năng, được thiết kế dựa trên vi điều khiển ATmega32P So với Arduino Uno R3, các hàm và chức năng của Arduino Nano V3 tương tự nhau do cùng nền tảng Atmega.
328 Có một điểm khác biệt cần quan tâm giữa 2 mạch đó là, Arduino Nano V3 được bổ xung thêm 2 chân đọc tín hiệu ADC A6, A7
2.3.2 Cấu hình của vi xử lí Arduino nano
Hình 2.3 Sơ đồ chân của Arduino nano
- Có 30 chân vào/ra được đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra còn có 1 chân nối đất ( GND ) và một chân điện áp tham chiếu ( AREF)
Vi điều khiển AVR là bộ xử lý trung tâm của board mạch, và mỗi mẫu Arduino Nano sử dụng một loại chip khác nhau Cụ thể, Arduino Nano V3.0 được trang bị chip ATMega328.
- Arduino nano V3.0 có 14 chân digital để đọc và xuất tín hiệu Chúng chỉ có hai mức điện áp là 0V và 5V với dòng điện vào/ra tối đa là 40mA
- Một số chân digital có chức năng đặc biệt như sau :
+ Hai chân Serial : 1 (TX) và 2 (RX) dùng để gửi (transmit - TX) và nhận (receive - RX)
+ Chân PWN (~) : là chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14 , những chân này cho phép xuất xung PWN với độ phân giải là 8 bit bằng hàm analogWrite()
Chân giao tiếp SPI bao gồm chân 13 (SS), chân 14 (MOSI), chân 15 (MISO) và chân 16 (SCK) Ngoài chức năng thông thường, các chân này còn hỗ trợ truyền và phát dữ liệu thông qua giao thức SPI với các thiết bị khác.
- LED 13 : khi nhấn nút Reset, đèn LED 13 sẽ nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân 13 Khi chân này sử dụng, led này sẽ sáng
- Có 8 chân analog ( từ A0 đến A7 )
- Chân VIN dùng để cấp nguồn cho board arduino nano
Hình 2.4 Bảng thông số kĩ thuật của Arduino nano
Cơ cấu chấp hành
Hình 2.5 Hình ảnh các cơ cấu chấp hành
+ Led vàng: led báo khoảng cách an toàn ( từ 10cm đến 50cm )
+ Led đỏ: led báo khoảng cách nguy hiểm ( từ 2cm đến 10cm )
-Dùng để báo hiệu khi xe trong khoảng cách nguy hiểm
2.4.3 Màn hình hiển thị LCD 16x2:
- Dùng để hiển thì khoảng cách giữa xe và vật cản, cảnh báo cho tài xế biết đã vào khu vực nguy hiểm
THIẾT KẾ THUẬT TOÁN – MÔ PHỎNG –
Tổng quan mô phỏng trong proteus
- Mạch được mô phỏng lại dựa trên phần mềm Protues 8.6:
Hình 3.2 Tổng quan mạch mô phỏng
- Các linh kiện trong mạch mô phỏng bao gồm:
+ 2 cảm biến siêu âm SONAR1 và SONAR2
+ Vi điều khiển Arduino UNO
+ Màn hình hiển thị LCD1
+ Các thiết bị chỉ thị: còi báo BUZZER, đèn D1, D2
+ Các đồng hồ đo điện áp, biến trở
Đánh giá mô phỏng
Mô hình thực tế của nhóm 5 đã hoàn thành hầu hết các mục tiêu trong bài toán công nghệ, bao gồm hiển thị khoảng cách lùi xe cho tài xế, xác định vùng lùi an toàn và nguy hiểm, cũng như cảnh báo khi có vật cản gần bằng các thiết bị như LCD, đèn LED và còi Để nâng cao hiệu quả, nhóm đã sử dụng hai cảm biến nhằm phát hiện các vật cản trong điểm mù Tuy nhiên, việc xử lý thông tin vẫn còn chậm do chất lượng cảm biến chưa cao và giá thành rẻ, dẫn đến việc lấy mẫu thông tin về bộ xử lý không liên tục, ảnh hưởng đến độ chính xác của khoảng cách hiển thị trên LCD.
Các kết quả mô phỏng khi mô phỏng trên proteus
❖ Nguyên lí hoạt động của mạch mô phỏng:
-Tín hiệu giả định: tín hiệu điện áp Tín hiệu điện áp tượng trưng cho khoảng cách từ vật thể đến đuôi xe
Khi sử dụng biến trở để thay đổi điện áp (thay đổi R sẽ làm thay đổi U), khoảng cách giữa vật cản và đầu cảm biến (ký hiệu là d) cũng sẽ thay đổi Điều này cho phép cảm biến đo được khoảng cách và từ đó kích hoạt các cơ cấu chấp hành.
- Ban đầu khi khởi động hệ thống , màn hình LCD sẽ hiển thị : “xin chao! Nhom 5! DO LUONG”
- Khi d ≥ 50cm (bằng cách điều chỉnh tăng giá trị điện trở tăng điện áp đặt vào cảm biến), màn hình LCD hiển thị “an toàn”
- Khi 10cm < d < 50cm, màn hình LCD hiển thị “khoang cach:” và “d” (với d là khoảng cách từ đuôi xe đến đầu cảm biến), đồng thời đèn vàng sáng
- Khi d ≤ 10cm, màn hình LCD hiển thị: “nguy hiem”, còi kêu, đèn đỏ sáng
❖ Các hình ảnh kết quả mô phỏng trên proteus:
- Khi khởi động hệ thống:
Hình 3.3 Hình ảnh mô phỏng khi khởi động bằng cách nhấn nút nhấn
- Khi khoảng cách từ vật cản đến đuôi xe (đầu cảm biến) nằm trong khoảng cách an toàn (d > 50cm)
Hình 3.4 Hình ảnh mô phỏng khi d > 50cm
- Khi khoảng cách từ vật cản đến đuôi xe (đầu cảm biến) là nằm trong khoảng
Hình 3.5 Hình ảnh mô phỏng khi 10cm