TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂNKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÁO CÁOĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THAM GIA HỘI NGHỊ KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG – NĂM 2014

TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CẢNH BÁO DỪNG XE SAI VẠCH

GVHD: Tiến sĩ. Hà Đắc Bình Sinh viên thực hiện: Mai Thị Quỳnh Hoa Lớp: K17EVT

Phạm Hữu Cường Lớp: K19ETD

1

Đà NẵngTháng 12 Năm 2014

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI1.1 Tổng quan.

Cuộc sống của con người Việt Nam đang ngày càng được nâng cao, đầy đủ và hiện đại hơn. Theo đó, các phương tiện tham gia giao thông cũng tăng lên về cả chất lượng và số lượng. Tuy nhiên, tồn tại bên cạnh sự văn minh hiện đại là thói quen đứng sai làn đường, vạch đường khi tham gia giao thông của người dân, đặc biệt là ở các thành phố lớn của Việt Nam. Điều này đã làm mất đi hình ảnh đẹp của người Việt Nam trong mắt bạn bè Quốc tế.

Hình 1.1 Cuộc sống và các phương tiện hiện đại.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài.Với đề tài “Hệ thống cảnh báo dừng xe sai vạch ” chúng em mong muốn góp phần

đưa giao thông Việt Nam đi vào nề nếp, văn minh hơn và hy vọng dự án này sẽ dần tạo ra một thói quen cho mọi người khi tham gia giao thông.

Hình 1.2 Thói quen đứng sai làn đường của người tham gia giao thông

2

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Hiện nay, có rất nhiều bài viết cũng như các dự án, công trình nhằm xây dựng nền văn hóa giao thông trở nên tốt đẹp hơn. Tuy nhiên, các công trình nói về việc nhắc nhở người tham gia giao thông đứng đúng vạch đường quy định lại rất ít cả trong và ngoài nước.

Ở trong nước, tính đến năm 2013 tổng chiều dài đường bộ nước ta hiện có trên 258.200 km. Riêng số lượng xe môtô và xe gắn máy đã tăng lên nhanh chóng từ 21.721.282 chiếc năm 2007 lên 33.906.433 chiếc năm 2013 và theo thống kê con số này còn tăng lên cao trong vài năm tới. Với tình trạng ”đất chật người đông”, việc giáo dục người tham gia giao thông chỉ dừng lại ở mức tuyên truyền thông qua băng-rôn, khẩu hiệu, loa phát thanh, đài truyền hình, báo chí… chứ chưa có công trình nào dành riêng cho việc cảnh báo xe đứng sai làn đường quy định. Đây cũng được xem như là cơ hội để cho dự án của chúng em thành công hơn.

Ở ngoài nước, do cơ sở hạ tầng và phương tiện tham gia giao thông khác với nước ta nên tính đến nay chưa có dự án hay công trình nào đề cập đến vấn đề này.

3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Giới thiêu về MSP430G2553.

MSP430 chứa 16bit RISCCPU,các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt được

kết nối với nhau theo cấu trúcVON-NEUMANN,có các Bus liên kết như: Bus địa chỉ bộ nhớ (MAB),Bus dữ liệu bộ nhớ (MDB).Đây là một bộ xử lý hiện đại với các môđun bộ nhớ tương tự và những kết nối ngoại vi tín hiệu số,MSP430 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp.

Hình 2.1 Một số họ MSP430 thông dụng.MSP430 có một số phiên bản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx,

MSP430x4xx, MSP430x5xx. Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430:

+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

- Duy trì 0.1µAdòng nuôi RAM.

- Chỉ0.8µ Areal-time clock.

- 250µA/MIPS.

+ Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

- 12bit hoặc10bit ADC-200ks kp,cảm biến nhiệt độ,Vref.

- 12bitDAC.

- Bộ giám sát điện áp nguồn.

+ 16bit RISCCPU cho phép được nhiều ứng dụng,thể hiện một phần ở kích thước Code lập trình.

- Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc.

- Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành.

4

- Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C,C++.

- Có7chế độ định địa chỉ.

- Khả năng ngắt theo véctơ lớn.

+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt,phạm vi rộng,bộ nhớ Flash còn có tể lưu lại như nhật ký của dữ liệu.

+ Giao diện truyền thông nối tiếp.

- Hỗ trợ truyền thông nối tiếp nâng cao UART,tự động dò tìm tốc độ Baud.

- Bộ mã hóa và giải mã IrDA(Infrared Data Associatio).

- Chuẩn giao tiếp đồng bộ SPI.

- Chuẩn giao tiếp I2C.

Hình 2.2 Sơ đô chân kit Launchpad msp430.

5

Hình 2.3 Sơ đô chân của MSP430G2553

2.2 Giới thiêu cảm biến siêu âm SRF05.

Hình 2.4 Cảm biến siêu âm SRF05.

Cảm biến SRF05 là một loại cảm biến khoảng cách dựa trên nguyên lý thu phát siêu âm. Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm từ đầu phát truyền đi trong không khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) sẽ phản xạ ngược trở lại và được đầu thu ghi lại. Khoảng cách đo được của SRF05 nằm trong phạm vi từ 4cm đến 300cm.

Hình 2.5 Lan truyền của sóng siêu âm.

6

Chùm tia của SRF05 có dạng hình nón.. Chùm tia của cảm biến được sử dụng trên SRF05, lấy từ bảng dữ liệu nhà sản xuất, sẽ được biểu diễn bên dưới.

Hình 2.6 Chùm tia sóng siêu âm của SRF05.

+ Các Mode hoạt động SRF05 có thể thiết lập 2 mode hoạt động khác nhau thông qua các chân điều khiển MODE. Nối hoặc không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến được điều khiển thông qua giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân IO.

Hình 2.7 Giản đô xung SRF05 Mode 1.

Từ giản đồ ta nhận thấy:

Để cho SRF05 hoạt động thì cần cấp 1 xung mức cao có độ rộng >=10uS trên chân Trigger, Sau khi nhận được xung từ chân Trigger thì SRF05 sẽ tạo ra 8 xung để phát siêu âm, sau khi hoàn thành việc phát 8 xung này thì SRF05 sẽ kéo chân Echo lên mức 1, độ rộng của mức 1 trên chân Echo tương ứng với khoản cách của vật cản với SRF05, nếu ko có vật cản thì nó sẽ được trả về mức 0 sau 30ms. Đặc biệt là SRF05 chỉ có thể nhận xung trên chân Trigger tối đa là 20Hz, cho nên việc kích xung trên chân Trigger phải phù hợp thì SRF05 mới hoạt động chính xác.

7

+ Mode 2: Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi Được thiết kế nhằm cho mục đích tiết kiệm chân pin cho MCU, nên chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mass.

Hình 2.8 Giản đô xung SRF05 mode 2.

Từ giản đồ ta nhận thấy: Để điều khiển SRF05,đầu tiên xuất một xung với độ rộng tối thiểu 10uS vào chân TRIGGER-ECHO (chân số 3) của cảm biến. Sau đó vi xử lý tích hợp trên cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đầu phát siêu âm. Sau 700uS kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân TRIGGER-ECHO có thể đọc ra một xung mà độ rộng tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể. + Tính toán khoảng cách SRF05 cung cấp một xung phản hồi tỷ lệ với khoảng cách. Nếu độ rộng của xung được đo trong hệ uS, ta lấy độ rộng xung chia cho 58 sẽ cho khoảng cách theo cm, hoặc chia cho 148 sẽ cho khoảng cách theo inch: - uS/58 = cm. - uS/148 = inch.SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng sau mỗi chu kỳ 50mS, hoặc 20 lần mỗi giây. Vì vậy bạn nên chờ 50mssau mỗi lần kích hoạt để kích hoạt lần tiếp theo, ngay cả khi SRF05 phát hiện một đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn. Điều này là để đảm bảo cảm biến hoạt dộng ổn định và sẽ không gây ra sai lệch phản hồi ở lần đo kế tiếp. + Các chân Programming Ngoài ra còn 5 chân “programming pins” được sử dụng một lần duy nhất trong quá trình sản xuất để lập trình cho bộ nhớ Flash trên chip PIC16F630. Các chương trình của PIC16F630 pins cũng được sử dụng cho các chức năng khác trên SRF05, nên chắc chắn rằng bạn không kết nối bất cứ cái gì với các chân, hoặc bạn sẽ làm gián đoạn hoạt động mô-đun.

8

2.3 Giới thiêu Voice IC 1820p.

Chúng em sử dụng chip ISD 1820 để ghi âm và phát lại câu nói. Với microphone có sẵn giúp ghi âm trực tiếp câu nói trong vòng 10 giây. Mạch Voice này có chất lượng giọng nói tự nhiên, sử dụng nhiều chế độ khác nhau như: phát 1 lần; phát toàn bộ có ân nút thì dừng lại; phát lặp lại không giới hạn. Điện áp hoạt động từ 3-5V.

Hình 2.9 Mạch thu phát âm thanh.

Cách thức hoạt động:1-Playe: khi bấm phím này, toàn bộ ghi âm sẽ được phát.2-Rec: khi nhấn rec, ghi âm sẽ bắt đầu; nếu không, nó sẽ dừng ghi âm.3-Kết nối của loa:Có hai cách để kết nối với loa, đó là SP1 và SP2.SP1: khi bạn kết nối với SP1, tiếng nói sẽ được trực tiếp từ chipSP2: khi bạn đang sử dụng kết nối này, giọng nói sẽ được chip LM386 khuếch đại trước khi nó được chuyển giao cho loa. 4-MIC:đầu vào Microphone.5-Replay:nghe lại câu đã thu.6-FT: chế độ này cho phép sử dụng các trình điều khiển loa cho tín hiệu bên ngoài.7-ISD1820: chip IC.8- Lead Out IO: cho phép dùng dây kết nối đến các chế độ VCC LED NC FT GND/VCC REC Playe PLAYL GND.9- P2:mặc định kết nối ngắn ROSC dùng trở 100kΩ, có nghĩa là thời gian ghi âm là 10 giây.10-Playl: chế độ phát lại.

9

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN3.1 Sơ đồ khối phần cứng.

Hình 3.1 Sơ đô khối hệ thống

Cảm biến siêu âm: Có nhiệm vụ xác định xe đứng sai làn đường, gửi tín hiệu đến mạch điều khiển để xử lý.

Mạch điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến siêu âm để điều khiển các mạch khác trong hệ thống.

Mạch âm thanh: Nhận tín hiệu từ mạch điều khiển và phát ra câu nói nhắc nhở. Mạch nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống. Mô hình đèn giao thông

10

3.2 Lưu đồ thuật toán.

Hình 3.2 Lưu đô thuật toán.

Giải thích:Khi đèn đỏ bật, mạch điều khiển sẽ kích hoạt chân Trigger hoạt động. Trong khi

thời gian đèn đỏ vẫn còn, nếu có tín hiệu được trả về từ chân Echo giá trị sau 3 lần đo giống nhau thì MSP430G2553 sẽ điều khiển mạch âm thanh phát ra câu nhắc nhở. Ngược lại, hệ thống sẽ kiểm tra đèn đỏ còn hoạt động hay ko và lặp lại các bước như trên.

Để phân biệt trường hợp người đi bộ đi sang vạch hay là người tham gia giao thông đứng sai vạch quy định, chúng em đã sử dụng phương pháp: kiểm tra giá trị chân Echo trả về sau 3 lần đó. Nếu khoảng cách 3 lần đó là như nhau hoặc lệch nhau trong phạm vi cho phép ( lần đo thứ 3 lệch so với lần đo đầu tiên nhỏ hơn 3cm trên mô hình ) thì kết luận đây là xe đứng sai làn đường và phát ra câu nói nhắc nhở, ngược lại khoảng cách 3 lần đo là khác nhau và chênh lệch lớn thì sẽ không phát câu nói nhắc nhở.

11

Để phân biệt người đi bộ qua đường đơn lẻ và đi tập thể: Ở chỗ tín hiệu đèn giao thông, Người đi bộ ở Việt Nam đa phần đi đúng phần đường dành cho người đi bộ. Trường hợp đi tập thể: nếu đi không đúng phần đường thì cảm biến sẽ dựa trên khoảng cách đo được để phát câu nhắc nhở; khoảng cách giữa các người đi sẽ khác nhau hiếm khi trùng bước lên nhau (vì cảm biến sẽ đo qua 3 lần nếu khoảng cách là như nhau nó mới phát ra câu nói). Vì vậy trường hợp cảm biến siêu âm nhận về tín hiệu sai là rất ít xảy ra.

12

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ

4.1 Kết quả.

Hình 4.1 Mô hình thực tế

Chúng em đã thử nghiệm sản phẩm này trên một mô hình. Kết quả cho thấy rằng nó đang làm việc ổn định. Trong khi còn thời gian đèn đỏ (mô hình thử nghiêm là 20s) và xe đứng sai làn đường, mạch âm thanh tự động phát ra câu nói nhắc nhở. Hết thời gian đèn đỏ hoặc không có người vi phạm, mạch không phát câu nhắc nhở nữa, điều này làm cho người tham gia giao thông cảm thấy hài lòng và thoải mái hơn.

13

4.2 Hướng phát triển và khả năng áp dụng vào thực tế: Thông qua kết quả đã thử nghiệm trên mô hình thu nhỏ những kết quả đạt được

cho thấy khả năng làm việc của hệ thống khá chính xác và dường như chưa thấy sai sót nào. Vì vậy khi áp dụng sản phẩm này vào thực tế sẽ rất thuận tiện cho việc điều tiết giao thông ở các ngã tư - góp phần xây dựng một môi trường giao thông an toàn.

Hy vọng rằng trong tương lai, hệ thống này sẽ được áp dụng nhiều ngoài thực tế hoặc sẽ là mô hình dùng để giảng dạy giáo dục cho lớp mẫu giáo và cấp một.

Có thể phát triển thêm hệ thống camera chụp và quay hình ảnh lại vào mô hình để ghi lại những hình ảnh về trường hợp xe vượt đèn đỏ hoặc làm bằng chứng chi tiết nếu xảy ra tai nạn giao thông quanh khu vực đó.

Tuy nhiên, về giá thành của sản phẩm vẫn còn khá cao ( tầm 500.000Đ) 1 bộ trên 1 cột đèn tín hiệu, vì vậy nếu dự án được đưa ra áp dụng ngoài thị trường thì cần chỉnh sửa và bổ sung để làm thành mạch công nghiệp, giảm giá thành sản phẩm.

Khi đưa hệ thống ra áp dụng thực tế có thể nạp code vào hệ thống đèn có sẵn ở các ngã tư. Như vậy vừa giải quyết được vấn đề về nguồn vừa tiết kiệm tiền, và không phải thiết kế lại hệ thống tín hiệu.

14

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]http://www.dngcustoms.gov.vn/haiquandng/Default.aspx?tabid=1791db17-9309-47ba-917a-2c6bd07bb713&mid=ea60c2d2-3426-4531-bb20-ab03a17f5135&itemid=4801&page=Detail[2]http://www.ti.com/product/msp430g2553[3]http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/80296/ETC/ISD1820P.html[4]http://www.gui-pdf.com/2012/10/06/do-khoang-cach-bang-kit-launchpad-srf04/

15