HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout)

HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout) ..... HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout) ..... HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout) ..... HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout) ..... HỆ THỐNG AN TOÀN CHO tài xế DÙNG PIC16F877A (có code và layout) .....

ĐỒ ÁN 2

HỆ THỐNG AN TOÀN CHO TÀI XẾ

DÙNG PIC16F877A

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

CHƯƠNG 1 8

TÌM HIỂU LINH KIỆN 8

1 Các linh kiện liên quan và cảm biến: 8

1.1 Các linh kiện liên quan và Cảm biến: 8

2 PIC 16F877A 9

CHƯƠNG 2 13

THIẾT KẾ MẠCH 13

2.1 Sơ đồ khối: 13

2.2 Sơ đồ mạch: 14

2.3 Nguyên lí hoạt động của mạch và chức năng các linh kiện trong mạch: 16

CHƯƠNG 3 17

THỰC THI PHẦN CỨNG 17

3.1 Lưu đồ mô tả thực thi: 17

3.2 Mạch thực tế: 18

CHƯƠNG 4 18

KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18

4.1Kết luận: 18

4.2 Hướng phát triển: 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Điện trở 8

Hình 2 Diode 8

Hình 3 Tụ điện 2

Hình 4 Thạch anh 2

Hình 5 Transistor 3

Hình 6 IC 7805 3

Hình 7 Relay 4

Hình 8 SRF05 (Cảm biến siêu âm) 4

Hình 9 ADXL345 6

Hình 10 LCD 16x2 7

Hình 11 PIC 16F877A 9

Hình 12 Các khối chức năng bên trong PIC 16F877A 10

Hình 13 Sơ đồ khối 12

Hình 14 Mạch in 13

Hình 15 Mạch nguyên lý 14

Hình 16 Lưu đồ mô tả thực thi 15

Hình 17 Mạch thực tế 16

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU LINH KIỆN

1 Các linh kiện liên quan và cảm biến:

1.1 Các linh kiện liên quan:

Điện trở: là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu

Hình 1 Điện trở Diode: là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một

chiều mà không theo chiều ngược lại

Hình 2 Diode

Tụ điện: một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được

ngăn cách bởi điện môi

Hình 3 Tụ điện Thạch anh: là một linh kiện làm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng và

chính xác Linh kiện thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện Hiệu ứng này cótính thuận nghịch Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị biến dạng Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp

Hình 4 Thạch anh

Transistor: một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một

phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

Hình 5 Transistor

IC 7805: là mạch tích hợp sẵn trong gói TO-220 với một điện áp đầu ra cố định

là 5V, yêu cầu điện áp đầu vào tối thiếu là 7V IC L7805CV có thế cung cấp điện ápđầu ra với dòng điện lên đến 1A

Hình 8 SRF05 (Cảm biến siêu âm)

SRF05 dùng song siêu âm để phát hiện vật cản, sóng siêu âm là một loại sóng mà con người không thể nghe thấy được

Nguyên tắc hoạt động:SRF05 được tóm lại trong 3 bước:

 SRF05 phát ra sóng siêu âm

 Sóng âm này truyền theo đường truyền thẳng và bị bức xạ lại

 Vi xử lý sẽ tính toán các dữ liệu từ đó sẽ tính toán được khoảng cách

Thông tin cơ bản:

 Điện áp hoạt động:5V DC

 Dòng cấp vào: nhỏ hơn 2mA

4 Echo:chân thu tín hiệu khi sóng siêu âm phản xạ lại

5 Gnd: nối với cực âm của mạch

6 OUT: không cần dùng

Nguyên lý hoạt động: dựa trên sự phản xạ của sóng âmđể đo được khoảng cách,

trên cảm biến sẽ có 1 bộ phận giống như 1 cái loa phát ra sóng âm khi sóng âm phát

ra gặp vật cản sóng âm sẽ phản xạ lại bộ phận thu giống như 1 chiếc micro sẽ thu lạisóng âm dựa trên thời gian từ lúc phát sóng âm cho đến lúc thu lại sóng âm ta từ sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến tới vật cản

ADXL 345:

Hình 9 ADXL345

ADXL345: là module cảm biến độ nghiêng 3 trục, tiêu thụ năng lượng thấp,

độ phân giải cao Module ADXL345 thường dùng trong các thiết bị di động,

có chức năng đo gia tốc trọng trường tĩnh trong các ứng dụng đo góc nghiêng Ngoài ra nó còn đo gia tốc động từ các chuyển động hoặc rung động của vật thể

Thông số kỹ thuật của module ADXL345:

- Điện áp hoạt động: 3.3VDC / 5VDC

- Dòng điện tiêu thụ: 23uA

- Độ phân giải: 10 bit (độ phân giải tối đa 13 bit)

- Giao tiếp: SPI hoặc I2C

- Kích thước: 14 x 19mm

- Nhiệt độ hoạt động: -40 đến +85 độ C

Sơ đồ chân kết nối:

- Khi giao tiếp bằng I2C

- Khi giao tiếp bằng SPI chân CS nối GND

Địa chỉ I2C của module: 0xA6

0xA6 Thanh ghi phục vụ ghi dữ liệu

0xA7 Thanh ghi phục vụ đọc dữ liệu

0x31  Thanh ghi lựa chọn chế độ Đọc/ghi dữ liệu Default = Single measurement

0x32  Đọc giá trị 8 bit cao của góc X

0x33  Đọc giá trị 8 bit thấp của góc X

0x34  Đọc giá trị 8 bit cao của góc Y

0x35  Đọc giá trị 8 bit thấp của góc Y

0x36  Đọc giá trị 8 bit cao của góc Z

0x37  Đọc giá trị 8 bit thấp của góc Z

LCD 16x2:

LCD dùng để giao tiếp với Vi điều khiển hiện thị ở chế độ 4 bit

Chức năng các chân của LCD:

Hình 10 LCD 16x2

1 Vss Chân là chân nối đất cho LCD

2 VDD Cung cấp nguồn cho LCD hoạt động

3 VEE Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi(Register select).Nối chân này với mức “0” hoặc mức

“1” để chọn thanh ghi.Mức “1” :thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD sẽ kết nối với Bus DB0-DB7 Mức “0”: thanh ghi lệnh IR của LCD hoặc với bộ đếm địa chỉ sẽ kếtnối với Bus DB0-DB7

5 R/W Chân chọn mode LCD đọc khi chân này nối với mức “1” nối chân này với mức “0” để LCD ghi

6 E Chân cho phép(enable).Sau khi các tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7 các lệnh chỉ chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E Ở chế độ ghi:Dữ liệu ở bus sẽ được chuyển vào thanh

7 DB0-DB7 dùng để trao đổi thông tin với MPU bằng 8 đường bus này Có 2 chế độ

sử dụng: Chế độ 8 bit: 8 đường bus dùng để truyền dữ liệu với bit MSB là bit DB7 Chế độ 4 bit: 4 đường bus dùng để truyền dữ liệu từ DB4 đến DB7, với MSB là DB7

2 PIC 16F877A

Hình 11 PIC 16F877A

Đây là Vi điều khiển thuộc họ PIC 16Fxxx (40 pin) với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8K Flash ROM, bộ nhớ dữ liệu 368 butes RAM Số Port In/Out (I/O) là 5 Port (A, B, C, D, E)với 33 pin I/O với tín hiệu điều khiển độc lập

Các khối chức năng bên trong PIC 16F877A:

Hình 12 Các khối chức năng bên trong PIC 16F877A

1 bộ định thời giám sát (Watchdog Timer).

15 nguồn ngắt ( Interrupts)

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,

WR, CS, ở bên ngoài

Các chuẩn giáo tiếp nối tiếp SSP (Sychronous Sreial Port), SPI và I2C

Chuẩn USART với 9 bit địa chỉ

Các cổng I/O của PIC:

Port A: có 6 bit ( tương đương với 6 chân RA0 – RA5) có tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị được enable thì Port này không hoạt động như một cổng ra vào Bình thường Port A là cổng ra vào 2 chiều Thanh ghi xác định chiều tương ứng với các chân Port A là thanh ghi TrisA Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1

sẽ xác định các chân ở Port A là đầu vào và ngược lại

Port B: rộng 8 bit (tương đương với RB0 – RB7) là một cổng ra vào 2 chiều Thanh ghi quy định chiều của Port B là TrisB Thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cổng B là cổng vào và ngược lại

Port C: rộng 8 bit (tương đương với RC0 – RC7) là cổng ra vào 2 chiều Thanh ghi quy định chiều của cổng này là Tris C, các chân RC3 và RC4 dùng để kết nối, truyền nhận thông tin với các thiết bị ngoại vi

Port D: 8 bit (tương đương với RD0 – RD7) là cổng ra vào 2 chiều Thanh ghi quy định chiều của cổng này là Tris D

Port E: rộng 3 bit (RE0 – RE2) được cấu hình là đầu ra hoặc vào Port E có thể là đầu vào điển khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4) được xác lập

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Sơ đồ khối:

Hình 13 Sơ đồ khối

Giải thích các khối:

Khối nguồn: cung cấp điện áp 5Vdc cho toàn linh kiện trong mạch, là khối lấy

nguồn 12Vdc qua IC ổn áp 7805 cho ra điện áp 5Vdc và dòng điện 1A

Khối cảm biến khoảng cách: nhận tín hiệu cảm biến từ môi trường chuyển tín hiệu

qua cho Vi điều khiển xử lý tín hiệu xong chuyển tín hiệu cho LCD hiển thị và phátcảnh báo cho khối cảnh báo

Khối LCD: nhận tín hiệu từ Vi điều khiển để hiển thị.

Khối cảm biến gia tốc: nhận tín hiệu góc nghiên trên modul ADXL chuyển tín hiệu

cho Vi điều khiển xử lý xong chuyển tín hiệu cho LCD hiển thị

Khối cảnh báo: nhận tín hiệu Vi điều khiển khi đã xử lý xong để phát cảnh báo ra

2.2 Sơ đồ mạch:

Mạch in:

Hình 14 Mạch in

Mạch nguyên lý:

Hình 15 Mạch nguyên lý

2.3 Nguyên lí hoạt động của mạch và chức năng các linh kiện trong mạch:

Tín hiệu sẽ được cảm biến từ môi trường qua cảm biến SRF05 và cảm biến ADXL sao đó các cảm biến chuyển tín hiệu cảm biến được cho Vi điều khiển xử lý

Vi điều khiển xử lý tín hiệu xong sẽ mã hóa tín hiệu nhận được và chuyển tín hiệu

số sang khối hiển thị LCD song song Vi điều khiển cũng xử lý tín hiệu so sánh với điều kiện để phát tín hiệu đến khối cảnh báo hay không

CHƯƠNG 3

THỰC THI PHẦN CỨNG

3.1 Lưu đồ mô tả thực thi:

Hình 16 Lưu đồ mô tả thực thi

để xử lý thuật toán để phát tín hiệu đi hay không Có hai trường hợp để Vi điều khiển làm việc khi x ≥ 30 thì khoảng cách an toàn kết thúc chương trình và quay lạibước 1 đo tiếp khoảng cách và hiển thị bình thường khi x < 30 thì Vi điều khiển phát tiếp cảnh lúc này relay đóng khối cảnh báo hoạt động cho tới khi khoảng cách

về mức an toàn thì relay hỡ và tiếp tục về bước 1 và đo tiếp

3.2 Mạch thực tế:

Hình 17 Mạch thực tế

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1Kết luận:

4.1.1 ưu điểm:

Dễ sử dụng thuận tiện cho người tham gia giao thông

Tạo cảm giác an toàn cho tài xế

Cảnh báo khi tài xế ngủ gật

Dễ chế tạo và lắp đặt

Giá thành chế tạo thấp

4.1.2 nhược điểm:

Độ chính xác dừng ở mức tương đối

Khả năng canh tranh với những thiết bị công nghệ cao hiện tại thấp

Hình dáng vật lý to tạo cảm giác khó chịu

4.2 Ứng dụng:

Ứng dụng trong lắp đặt hệ thống an toàn cho tài xế, giúp tài xế lái xe trong chế độ

an toàn nhất có thể Tạo một hành trình an toàn cho tài xế khi tham gia giao thông

4.3 Hướng phát triển:

Tích hợp thêm hệ thống camera phía sau để đậu xe an toàn, phát triển thêm hệ thốngđịnh vị GPS quản lý hành trình cho tài xế.

Tối ưu hóa về hình dạng vật lý để dễ lắp đặt, tiết kiệm diện tích trong xe

Tích hợp thêm kết nối giao tiếp với smartphone thông qua Bluetooth dễ dàng điều khiển nhưng thông số mong muốn của tài xế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Chanel Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=qiR77ucTVkg

2 Giáo trình vi điều khiển PIC16F và ngôn ngữ lập trình HI – Tech C của PGS

TS Nguyễn Trường Thịnh – KS Nguyễn Tấn Nó, xuất bản bới Đại học quốcgia thành phố hồ chí minh

PHỤ LỤC