Đồ án Thi công và thiết kế mô hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ smartphone (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thi công và thiết kế mô hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ smartphone (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE TỰ HÀNH THEO CHỈ DẪN TỪ SMARTPHONE GVHD: ThS.NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NAM MSSV: 12141143 SVTH: TRƯƠNG HOÀNG PHÚ MSSV: 12141171 S K L 0 0 4 4 9 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trương Hoàng Phú Lớp: 12141DT2C MSSV:12141171 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Nam Lớp: 12141DT2C MSSV:12141143 Tên đề tài: Thi công và thiết kế mô hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ Smartphone Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Tìm giáo viên hướng dẫn, trình bày và chọn đề tài. Tuần 2 Đề cương chi tiết về các nội dung cần nghiên cứu, tìm mua mô hình xe. Tuần 3  Đề ra hướng giải quyết nhằm đáp ứng các yêu cầu đề ra ban đầu.  Tiếp tục tìm mua mô hình xe phù hợp (nếu chưa có)  Giao thức truyền thông Internet Client – Server  Cách sử dụng máy chủ ảo Google Spreadsheets.  Hệ thống định vị toàn cầu GPS. Tuần 4+5  Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại cương về KIT STM32F103VET6.  Nghiên cứu cách điều khiển module Arduino Nano  Tìm hiểu cách sử dụng và giao tiếp giữa vi điều khiển với các module và cảm biến có sử dụng. Tuần 6+7+8+9  Tương tác dữ liệu giữa vi điều khiển ARM với máy chủ và điện thoại với máy chủ.  Nghiên cứu cơ bản về hệ điều hành Android.  Tích hợp Google Maps API, Places API vào trong Android Project.  Viết ứng dụng điều khiển, giám sát và thiết lập hoạt động cho xe. Tuần 10+11  Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện các chức năng đã đề ra ban đầu.  Thiết kế và thi công các mạch chức năng.  Hoàn thành mô hình.
3. Tuần 12+13  Vận hành thử hệ thống.  Kiểm tra tính ổn định của sản phẩm, hoàn thiện sản phẩm. Tuần 14+15 Viết báo cáo, tạo slide báo cáo. Tuần 16 Hoàn thành đề tại, tiến hành bảo vệ đề tài. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
4. TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BÔ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP I. Thông tin chung - Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Nam MSSV: 12141143 - Họ và tên sinh viên: Trương Hoàng Phú MSSV: 12141171 - Tên đề tài: THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE TỰ HÀNH THEO CHỈ DẪN TỪ SMARTPHONE - Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hiệp II. Nhận xét về khóa luận 2.1. Đánh giá chung (hoàn thành bao nhiêu phần trăm mục tiêu của đề tài): 2.2. Ưu điểm của đề tài: 2.3. Khuyết điểm của đề tài: 2.4. Thái độ làm việc của sinh viên: 2.5. Kết quả chính thu được: 2.6. Đề nghị: Được bảo vệ Không được bảo vệ Tp. HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
5. PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: Trương Hoàng Phú MSSV: 12141171 Tel: 01685503078 Email: 12141171@student.hcmute.edu.vn Họ và tên: Nguyễn Văn Nam MSSV: 12141143 Tel: 0979963624 Email: 12141143@student.hcmute.edu.vn 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE TỰ HÀNH THEO HƯỚNG DẪN TỪ SMARTPHONE. Mục đích của đề tài: cũng cố các kiến thức chuyên ngành cũng như trao dồi các kiến thức mới và các kỹ năng để chuẩn bị cho các công việc sắp tới sau khi tốt nghiệp. Thiết kế ra một sản phẩm công nghệ có tiềm năng phát triển trong tương lai tại Việt Nam trong lĩnh vực giao thông vận tải. Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày 21/3/2016 đến 7/7/2016 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Tìm hiểu hệ thống định vị toàn cầu GPS. - Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại cương về KIT STM32F103VET6. Viết chương trình điều khiển cho VĐK này bằng phần mềm KeilC v5, khai báo sử dụng các ngoại vi. - Nghiên cứu cách điều khiển KIT Arduino Nano, viết chương trình điều khiển cho nó với Arduino IDE. - Tìm hiểu cách sử dụng các module cảm biến, giao tiếp chúng với vi điều khiển để thực hiện các chức năng như định vị, tránh vật cản tĩnh, xác định hướng đi. - Nghiên cứu và ứng dụng giao thức truyền thông Client – Server. - Tìm hiểu cách sử dụng Google Spreadsheets (máy chủ ảo). - Tìm hiểu hệ điều hành Android, cách sử dụng phần mềm Android Studio. - Viết ứng dụng điện thoại để điều khiển, giám sát và thiết lập hoạt động cho mô hình. Đăng ký API Key cho ứng dụng. - Tính toán thiết kế và thi công các mạch chức năng (nguồn, công suất). - Thi công mô hình hoàn chỉnh. - Vận hành thử mô hình. - Cân chỉnh mô hình. - Viết cuốn báo cáo đề tài. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
6. 4. Lời cam đoan của sinh viên Chúng tôi – Trương Hoàng Phú và Nguyễn Văn Nam cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của chúng tôi dưới sự hướng dẫn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiệp. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 SV thực hiện đồ án Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)
7. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Người thực hiện Nguyễn Văn Nam Trương Hoàng Phú i
8. LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên để bước vào những cánh cửa lớn hơn. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hiệp đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh nghiệm. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy. Bên cạnh đó, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú, thầy Nguyễn Tấn Như đã cho chúng em mượn phòng D401 để tham khảo tài liệu và thực hiện đồ án. Và cũng gửi lời cảm ơn đến những người bạn đã đóng góp ý kiến, động viên tinh thần giúp cho nhóm thực hiện đề tài đạt hiệu quả hơn. Cuối cùng, chúng con chân thành cảm ơn sự động viên và hỗ trợ của gia đình và cha mẹ trong suốt thời gian học tập. Chúng con xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến cha mẹ, người đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con nên người cũng như là tạo điều kiện thuận lợi để chúng con có thể hoàn thành đề tài của mình. TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Sinh viên thực hiện đồ án Nguyễn Văn Nam Trương Hoàng Phú ii
9. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii LIỆT KÊ HÌNH VẼ v LIỆT KÊ BẢNG vii TÓM TẮT viii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4. GIỚI HẠN 2 1.5. BỐ CỤC 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. HỆ THỐNG ĐỊNH VI TOÀN CẦU (GPS) VÀ HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ 4 2.2. GIAO THỨC HTTP– TCP/IP 9 2.2.1. TCP/IP 9 2.2.2. GIAO THỨC HTTP 10 2.3. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 15 2.3.1. TỔNG QUAN 15 2.3.2. GIỚI THIỆU VỀ NỀN TẢNG CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID: 16 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24 3.1. TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 25 3.2.1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN 26 3.2.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE 27 3.2.3. SERVER INTERNET 41 3.2.4. PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI 45 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 49 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG: 49 4.1.1 BOARD ĐIỀU KHIỂN 49 4.1.2 GIAO TIẾP MODULE WIFI VỚI WEB SERVER (GOOGLE SPREADSHEET) 50 4.2. LẬP TRÌNH BOARD ĐIỀU KHIỂN 54 4.2.1. NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 54 4.2.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 55 iii
10. 4.2.3. PHẦN MỀM KEIL C LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN ARM 62 4.2.4. CHƯƠNG TRÌNH TRÊN BOARD ĐIỀU KHIỂN 65 4.3. LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG TRÊN ANDROID 68 4.3.1. NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH ANDROID 68 4.3.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 69 4.3.3. PHẦN MỀM ANDROID STUDIO 73 4.3.4. CHƯƠNG TRÌNH TRÊN ANDROID. 74 4.4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 87 4.4.1 HỆ THỐNG XE 87 4.4.2 PHẦN MỀM ĐIỆN THOẠI 87 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 90 5.1. SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH 90 5.1.1. MÔ HÌNH XE 90 5.1.2. ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI 91 5.2. KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG 93 5.2.1. MÔ HÌNH XE 93 5.2.2. ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI 97 5.2.3. CLOUD SERVER (GOOGLE SPREADSHEETS) 98 5.3. KIẾN THỨC CÓ ĐƯỢC TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM 98 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 99 6.1. KẾT LUẬN 99 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 101 iv
11. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Cách sắp xếp kinh độ và vĩ độ trên trái đất 6 Hình 2.2: Phân bố kinh tuyến trên trái đất 7 Hình 2.3: Biểu thức toạ độ của tích vô hướng 8 Hình 2.4: Biểu diễn đoạn đường di chuyển AD trên mặt phẳng toạ độ 9 Hình 2.5: Mô hình truyền dữ liệu của TCP/IP 10 Hình 2.6: Mô hình truyền thông Client – Server 11 Hình 2.7: Cấu trúc của một URL. 12 Hình 2.8: Quy trình hoạt động của kết nối HTTP 13 Hình 2.9: Cú pháp của một HTTP yêu cầu 14 Hình 2.10: Cú pháp của một HTTP trả lời 15 Hình 2.11: Kiến trúc của HĐH Android 16 Hình 2.12: Nội dung mặc định của một Manifest.xml 17 Hình 2.13: Nội dung mặc định của một tập tin .java 18 Hình 2.14: Tạo một Activity mới. 18 Hình 2.15: Vòng đời của một Activity 19 Hình 2.16: Chuyển đổi giữa 2 Activity 20 Hình 2.17: Vòng đời của một Service 21 Hình 2.18: Một số thiết bị/cảm biến định vị GPS 21 Hình 2.19: Một số thiết bị/cảm biến đo khoảng cách 22 Hình 2.20: Xử lý ảnh cho xe ô tô 22 Hình 2.21: Cảm biến la bàn số HMC5883L 22 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống. 25 Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển 26 Hình 3.3: Mô hình xe. 27 Hình 3.4: Hình dáng và sơ đồ mạch điện bên trong của TIP122. 28 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khối khuếch đại công suất. 29 Hình 3.6: Hình module ESP8266-01 30 Hình 3.7: Module GPS Ublox Neo 7M. 31 Hình 3.8: Module cảm biến HMC5883L 32 Hình 3.9: Vector lực từ tại điểm đo 32 Hình 3.10: Hình ảnh thực tế cảm biến siêu âm SRF-05 33 Hình 3.11: Dạng sóng điều khiển và phản hồi của SRF-05 34 Hình 3.12: Dạng sóng điều khiển động sơ RC Servo 9G. 34 Hình 3.13: Khung truyền của UART 36 Hình 3.14: IC ổn áp 5V LM7805. 38 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối IC ổn áp 5V LM7805. 38 Hình 3.16: Hình ảnh thực tế IC AMS1117 38 Hình 3.17: Sơ đồ kết nối IC AMS1117 39 Hình 3.18: Sơ đồ mạch của khối nguồn. 40 Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý phần kết nối. 40 Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý phần mạch công suất. 41 Hình 3.21: Giao diện của một Spreadsheet 42 Hình 3.22: Tạo một Google Form mới. 43 Hình 3.23: Sửa tên cho các tiêu đề 43 v
12. Hình 3.24: Liên kết Form với Spreadsheets 44 Hình 3.25: Tạo thành công một Spreadsheets 44 Hình 3.26: Form hoàn chỉnh 44 Hình 3.27: Giới thiệu 45 Hình 3.28:Trợ giúp 46 Hình 3.29: Cảnh báo(trái), Hoàn thành(phải) 46 Hình 3.30: Điều khiển. 47 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in phần mạch nguồn 50 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in phần mạch công suất. 50 Hình 4.3: Lỗi 400 Bad Request từ máy chủ 51 Hình 4.4: DeviceID 52 Hình 4.5: Máy chủ cập nhật dữ liệu mới được yêu cầu. 52 Hình 4.6: Máy chủ chứa dữ liệu đường đi. 53 Hình 4.7: Dữ liệu trả về từ máy chủ khi được yêu cầu 53 Hình 4.8: Dữ liệu nhận về ESP8266 54 Hình 4.9: Chọn dòng Arm sử dụng 63 Hình 4.10: Thêm thư viện vào project 64 Hình 4.11: Thêm file.h vào 64 Hình 4.12 : Biên dịch và nạp code 65 Hình 4.13: Chọn thiết bị và phiên bản Android 74 Hình 4.14: Hoàn tất tạo project 74 Hình 4.15: Biểu tượng của ứng dụng. 87 Hình 4.16: Giao diện khởi động ứng dụng 87 Hình 4.17: Giao diện hướng dẫn sử dụng ứng dụng 87 Hình 4.18: Tìm kiếm điểm đến. 88 Hình 4.19: Hiển thị quãng đường 88 Hình 4.20: Thông báo hoàn thành quãng đường. 89 Hình 4.21: Cảnh báo sự cố. 89 Hình 5.1: Board mạch sau khi đã in và lắp ráp linh kiện 90 Hình 5.2: Mô hình xe sau khi đã hoàn thành 91 Hình 5.3: Biểu tượng của ứng dụng. 91 Hình 5.4: Giao diện khởi động ứng dụng và hướng dẫn sử dụng 92 Hình 5.5: Giao diện tìm kiếm điểm đến. 92 Hình 5.6: Giao diện hiển thị lộ trình xe sẽ chạy 92 Hình 5.7: Thông báo hoàn thành quãng đường. 93 Hình 5.8: Cảnh báo sự cố. 93 Hình 5.9: Dữ liệu các lộ trình. 96 vi
13. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 4.1: Liệt kê linh kiện sử dụng trên board 49 vii
14. TÓM TẮT Giao thông thông minh hay thành phố thông mình, những thuật ngữ không còn quá xa lạ trên thế giới và tại Việt Nam thì nó đã dần hình thành một cái nhìn ngày càng rõ nét hơn về một cuộc sống đầy văn minh trong tương lai. Xe tự hành là một trong những dự án nhằm xây dựng một hệ thống giao thông thông minh. Sự ra đời của các thiết bị điều khiển từ xa là bược ngoạt lớn cho nền KH-KT của nhân loại. Xe điều khiển từ xa là một trong số đó, người dùng có thể thoải mái điều khiển xe theo ý mình mà không cần phải lại gần. Dần dần, khoảng cách điều khiển ngày càng được tăng xa hơn và dần vụt khỏi tầm mắt của con người. Lúc này có một giải pháp đặt ra là thiết lập một dữ liệu quãng đường hẵn hoi để xe tự chạy, ngoài ra nó cũng sẽ được trang bị đầy đủ các hệ thống cảm biến, phân tích dữ liệu để giúp chạy xe an toàn và tuân thủ luật lệ giao thông. Đây là một chủ đề khó nhưng không phải là không thể làm được, nếu thành công thì nó sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho nước nhà (giảm thiểu tai nạn giao thông, giảm thiểu các chi phí y tế, tiết kiệm nhiên liệu, tiết kiệm thời gian và bảo vệ môi trường). Đó chính là lý do nhóm em chọn đề tài: Thiết kế và thi công mô hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ Smartphone. Mô hình này có khả năng đi đến một điểm bất kỳ trên bản đồ giao thông nhờ khả năng định vị và xác định hướng. Bên cạnh đó, chức năng tránh vật cản sẽ hỗ trợ xe vận hành an toàn không va chạm và toàn bộ sẽ được thiết lập và giám sát trên Smartphone, mọi lúc mọi nơi đều biết được xe đang ở đâu, đang đi đâu. Với đề tài này, nhóm em mong muốn đề tài này sẽ là cơ sở nền tảng bước đầu cho các nhóm sau có chung ý tưởng tiếp tục thực hiện. Nếu thành công, chắc chắn sẽ là một bước tiến mạnh mẽ của nền KH-KT Việt Nam và hơn nữa nó sẽ giúp phát triển ngành giao thông vận tải của nước nhà lên một tầm cao mới. viii
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay sự tiến bộ của KH-KT đã mang đến cho con người một cuộc sống ngày càng văn minh và lý tưởng hơn. Cũng không quá lắm khi nói như thế vì, ngày càng có nhiều thiết bị “thông minh” được ra đời nhằm giúp con người trong mọi lĩnh vực (công-nông nghiệp, dịch vụ, ) và giao thông là một trong số đó. Một phương tiện giao thông thông minh được trang bị các thiết bị và cảm biến để thông báo cho tài xế biết tình trạng của xe và hiện đại hơn nữa là một hệ thống xe tự hành và đó là lý do nhóm em chọn đề tài này để thực hiện. “Xe tự hành không còn là viễn tưởng, không lâu nữa nó sẽ có mặt rộng rãi trên toàn cầu. Mercedes - Benz, BMW, Tesla đã và đang chuẩn bị ra mắt những mẫu xe được giới thiệu có khả năng tự vận hành và mạnh mẽ nhất là Google, họ đã tuyên bố đang chạy thử nghiệm các mẫu xe tự hành trên đường phố California từ hè năm 2015. Xe tự hành được chia ra thành 2 loại chính là bán tự động và hoàn toàn tự động: Loại xe hoàn toàn tự động là những mẫu xe có thể di chuyển từ điểm A đến điểm B và tự xử lý các tình huống gặp phải trên đường mà không cần đến con người. Loại xe bán tự động là những loại xe chỉ có một số hệ thống tự động được trang bị bên trong xe, nó đòi hỏi lúc nào cũng phải có tài xế và những hệ thống này nhằm hỗ trợ tài xế lưu thông xe an toàn hơn. Xe hơi có tính năng lái tự động sẽ ra mắt thị trường vào năm 2019.“Theo Tổ chức IHC Automotive thì ước tính doanh số bán xe tự hành sẽ tăng lên 11,8 triệu chiếc vào năm 2035. Trong số này, 7 triệu xe sẽ thuộc dạng bán tự hành, và 4,8 triệu xe hoàn toàn di chuyển tự động.” Những xe tự hành sẽ giúp giảm thiểu một cách đáng kể tai nạn giao thông hay giảm bớt gánh nặng mà người điều khiển phải chịu đựng trên đường cao tốc hay khi tắc đường bởi tất cả đều được tự động hóa. Hệ thống xe tự hành sẽ giúp từ việc phát hiện điểm mù, cảnh báo làn đường khi khởi hành đến quản lý gia nhập làn đường và thậm chí tự đậu xe, Hầu hết các nguyên nhân chính gây ra tai nạn giao thông chính là từ người tài xế. Với xe tự hành, sự phân tâm khi mệt mỏi hay say rượu sẽ không ảnh hưởng tới khả BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN năng làm chủ trên đường bởi nhiệm vụ này sẽ được máy tính phụ trách. Thật khó khi kỳ vọng vào mức độ giảm thiểu tai nạn sẽ là 100% nhưng xe tự hành sẽ thay đổi đáng kể con số chục ngàn trường hợp tử vong xảy ra mỗi năm tại nhiều quốc gia. 1.2. MỤC TIÊU Về phần xe: hoàn thành một mô hình xe tự hành, xe sẽ được kết nối Enthernet để giao tiếp với smartphone, kết nối giao tiếp với các module và cảm biến, tự động chạy đến được một vị trí đã được đặt trước bằng smartphone và tự tránh các vật cản tĩnh trên đường đi. Về phần ứng dụng điện thoại: thiết kế và viết một ứng dụng hoàn chỉnh chạy trên hệ điều hành Android, giao tiếp truyền nhận dữ liệu với mô hình xe, tích hợp các phương thức của Google Maps để thực hiện việc tìm kiếm địa điểm, đường đi, lấy các thông tin chỉ dẫn về đường đi gửi về mô hình xe. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nội dung 1: Tìm hiểu hệ thống định vị toàn cầu GPS.  Nội dung 2: Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại cương về KIT STM32F103VET6.  Nội dung 3: Nghiên cứu giao tiếp VĐK với các module, cảm biến và truyền nhận dữ liệu thông qua Enthernet.  Nội dung 4: Nghiên cứu module cảm biến la bàn, cảm biến khoảng cách.  Nội dung 5: Tìm hiểu hệ điều hành Android.  Nội dung 6: Viết ứng dụng điều khiển xe, hiển thị tọa độ GPS, lộ trình di chuyển trên giao diện Google Maps, thiết kế giao diện điều khiển.  Nội dung 7: Thiết kế mô hình.  Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4. GIỚI HẠN  Phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của các cảm biến.  Độ chính xác của định vị còn hạn chế, sai số khoảng 2-2,5m  Xuất hiện thời gian trễ của việc truyền dữ liệu giữa điện thoại và xe.  Không tránh được vật cản động. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Chưa tuân thủ luật giao thông. 1.5. BỐ CỤC  Chương 1: Tổng Quan  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan  Chương 4: Thi công hệ thống  Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá  Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao thức. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống. Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. HỆ THỐNG ĐỊNH VI TOÀN CẦU (GPS) VÀ HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ  Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh[3]. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.  Ứng Dụng của GPS: Ứng dụng của GPS là rất lớn, ngoài chức năng định vị trên các thiết bị cá nhân và quân sự thì các nó cũng được ứng dụng rất nhiều trên các phương tiện giao thông: Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe . Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện nhấp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time) Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng) Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chức năng chống trộm.  Hệ toạ độ địa lý: là một hệ tọa độ cho phép tất cả mọi điểm trên Trái Đất đều có thể xác định được bằng một tập hợp các số có thể kèm ký hiệu. Các tọa độ thường gồm số biểu diễn vị trí thẳng đứng, và hai hoặc ba số biểu diễn vị trí nằm ngang. Hệ tọa độ phổ biến hiện nay là hệ hệ tọa độ cầu tương ứng với tâm Trái Đất với các tọa độ là vĩ độ, kinh độ và cao độ. Vĩ độ (ký hiệu: φ) của một điểm bất kỳ trên mặt Trái Đất là góc tạo thành giữa đường thẳng đứng (phương của dây dọi, có đỉnh nằm ở tâm hệ tọa độ-chính là trọng tâm của địa cầu) tại điểm đó và mặt phẳng tạo bởi xích đạo. Đường tạo bởi các điểm có cùng vĩ độ gọi là vĩ tuyến, và chúng là những đường tròn đồng tâm trên bề mặt Trái Đất. Mỗi cực là 90 độ: cực bắc là 90° B; cực nam là 90° N. Vĩ tuyến 0° được chỉ định là đường xích đạo, một đường thẳng tưởng tượng chia địa cầu thành Bán cầu bắc và Bán cầu nam. Kinh độ (ký hiệu: λ) của một điểm trên bề mặt Trái Đất là góc tạo ra giữa mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó và mặt phẳng kinh tuyến gốc. Kinh độ có thể là kinh độ đông hoặc tây, có đỉnh tại tâm hệ tọa độ, tạo thành từ một điểm trên bề mặt Trái Đất và mặt phẳng tạo bởi đường thẳng ngẫu nhiên nối hai cực bắc nam địa lý. Những đường thẳng tạo bởi các điểm có cùng kinh độ gọi là kinh tuyến. Tất cả các kinh tuyến đều là nửa đường tròn, và không song song với nhau: theo định nghĩa, chúng hội tụ tại hai cực bắc và nam. Đường thẳng đi qua Đài Thiên văn Hoàng gia Greenwich (gần London ở Liên hiệp Vương quốc Anh và Bắc Ireland) là đường tham chiếu có kinh độ 0° trên toàn thế giới hay còn gọi là kinh tuyến gốc. Kinh tuyến đối cực của Greenwich có kinh độ là 180°T hay 180°Đ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Cách sắp xếp kinh độ và vĩ độ trên trái đất.  Phương pháp xác định quãng đường và góc giữa hai toạ độ địa lý với cực bắc của trái đất: Sự phân bố các vĩ tuyến không giống như các kinh tuyến, các mặt phẳng tạo bởi các vĩ tuyến luôn song song với nhau trong khi các mặt phẳng được tạo bởi các kinh tuyến lại cắt nhau trên đường thẳng đi qua trục của trái đất, vậy nên giá trị khoảng cách của một đơn vị vĩ độ sẽ luôn bằng nhau tại mọi vị trí trên trái đất còn giá trị khoảng cách của một đơn vị kinh độ sẽ nhỏ nhất ở hai cực và lớn nhất khi ở xích đạo. Do vậy, tuỳ vào vị trí đang xét mà ta có các thông số tính khác nhau. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Phân bố kinh tuyến trên trái đất.  Ý tưởng tính toán góc giữa hai toạ độ với hướng bắc và khoảng cách giữa chúng Vì khoảng cách các kinh độ là không đều nhau cho nên ta không thể tính toán dựa bằng phương pháp mặt phẳng toạ độ mà không quy đổi, tuy nhiên trái đất rất rộng lớn, vậy nên khi chúng ta chỉ xét trong một thành phố, nhất là một thành phố gần xích đạo như thành phố Hồ Chí Minh thì ta có thể coi như các kinh tuyến và vĩ tuyến là các đường thẳng vuông góc với nhau, và khi khoảng cách của một đơn vị kinh tuyến bằng khoảng cách của một đơn vị vĩ tuyến thì chúng ta có thể áp dụng các phương pháp tính góc và khoảng cách giữa hai điểm và một vector trong mặt phẳng. Tại thành phố Hồ Chí Minh là nơi đang xét có toạ độ 10°10’ – 10°38’ Bắc và 106°22’ – 106°54’ Đông, vậy chúng ta chọn kinh độ 106 và vĩ độ 10 làm chuẩn để tính toán. Ta có: Độ dài của một độ vĩ độ trên kinh độ 106: Dlat = 2πR/360 = 111701,0721(m). (2.1) Với R= 6400000(m) là bán kính trái đất. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4