SCIENCE - TECHNOLOGY
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÁT HIỆN LÀN ĐƯỜNG RESEARCH AND MANUFACTURING LANE DETECTION SYSTEM
TÓM TẮT
Đinh Thế Linh1, Vũ Chí Kiên1, Ngô Văn Hiệp2, Phạm Công Hoan3, Bùi Văn Chinh4,* cứu. Mobile robot cũng được chia ra làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robot tránh vật cản, robot tìm đường cho mê cung,… trong số đó robot dò đường line, tránh vật cản dễ dàng ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Việc phát triển loại robot này sẽ phục vụ rất đắc lực cho con người.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo hệ thống phát hiện làn đường. Cách thức vận hành của hệ thống được thể hiện thông qua mô hình thực nghiệm. Thiết bị sử dụng cảm biến dò line để xác định có đang nằm trong đường line hay không. Mạch điều khiển được thiết kế dựa trên mạch Adruino Nano. Khi áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sẽ góp phần mang đến một trong những tiện ích xe ô tô. Hệ thống giúp cho người lái có thể hỗ trợ người lái lái xe an toàn hơn. 2.1. Nghiên cứu phương án sử dụng bộ xử lý Adruino Từ khóa: Mô hình hệ thống phát hiện làn đường, cảm biến dò line, cảm biến bluetooth, phần mềm Arduino, phần mềm Visual Code Studio.
ABSTRACT Khi phát hiện lane màu đen thì cảm biến dò line được trang bị trên xe sẽ gửi tín hiệu về cho bộ xử lý (Arduino) và xuất lên màn hình hiện trạng thái có đang đi đúng làn đường hay không.
Ưu điểm của sử dụng bộ xử lý Adruino: - Hệ thống có thể tự động điều khiển cơ cấu chấp hành motor điều khiển động cơ tới bánh xe; - Có thể sử dụng nguồn độc lập hoặc sử dụng nguồn ắc quy của xe ô tô; This paper presents the results of research on the development of a lane is demonstrated through an detection system. The system's operation experimental model. The device utilizes line detection sensors to determine whether the vehicle is within the lane or not. The control circuit is designed based on the Arduino Nano circuit. Implementing the findings of this study in practice will contribute to enhancing one of the automotive conveniences. The system assists drivers in safely operating their vehicles. - Nhỏ gọn và dễ lắp đặt nếu mang đi lắp đặt thực tế trên Keywords: The lane detection system model includes line detection sensors, xe.
Bluetooth sensors, Arduino software, and Visual Studio Code software.
1Lớp Kỹ thuật Ô tô 04 - K14, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Lớp Kỹ thuật Ô tô 07 - K15, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 3Lớp Kỹ thuật Ô tô 03 - K15, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 4 Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: chinhbv@haui.edu.vn
Hình 1 thể hiện sơ đồ bố trí hệ thống thử nghiệm gồm các thiết bị chính sau: bộ xử lý Adruino, cảm biến dò line, động cơ servo và màn hình hiển thị.
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Ngày nay, với sự phát triển của xã hội thì ô tô là một trong những phương tiện phổ biến nhất. Hệ thống phát hiện làn đường đã được các nhà sản xuất sử dụng trên phương tiện của họ khá phổ biến cả trong và ngoài nước.
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thử nghiệm
Ngày nay, robotic đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống. Sản xuất robot là ngành công nghiệp trị giá hàng tỉ USD và ngày càng phát triển mạnh, trong các họ robot chúng ta không thể không nhắc tới mobile robot với những đặc thù riêng mà các loại robot khác không có. 2.2. Các bộ phận chính của mô hình sử dụng bộ xử lý Adruino
- Cảm biến dò line
TCRT5000 là cảm biến gồm 5 cảm biến hồng ngoại hướng xuống đất để hỗ trợ việc di chuyển. Phía trước có 1 Mobile robot có thể di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó tạo nên không gian hoạt động lớn và cho đến nay nó đã dần khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, thu hút được rất nhiều sự đầu tư và nghiên
Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 243
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
công tắc hành trình và 1 cảm biến hồng ngoại để tránh vật cản [6].
ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một bộ tải chương trình mồi cho phép đơn giản là nạp chương trình vào bộ nhớ nhanh, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng một máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình [3].
Hình 2. Cảm biến dò line 5 led
Nguyên lý hoạt động: Các mắt phát sẽ phát ra tia hồng ngoại có bước sóng hồng ngoại. Mắt thu ở bề mặt chứa vùng sáng sẽ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đó. Ở trạng thái bình thường mắt thu có nội trở rất lớn (hàng trăm Kilo-Ohm). Khi thu nhận tia hồng ngoại vào nội trở của mắt thu giảm (vài chục Kilo-Ohm). Hình 3. Sơ đồ mạch Adruino
Vì thế người ta gọi là Robot dò line do trong môi trường làm việc luôn có những đường Line có tính chất phản xạ ánh sáng cao. Đây sẽ là con đường di chuyển chủ yếu của Robot VCC: nối nguồn 5V Bộ xử lý sử dụng con chip Arduino Nano để xử lý thông tin của các tín hiệu từ các bộ phận đầu vào, từ đó xử lý và phát tín hiệu cho đầu ra để thực hiện việc có cảnh báo hay không. GND: nối GND
SS1, SS2: 2 cảm biến T1 và T2 S3: cảm biến ở giữa. SS4, SS5: cảm biến T4 và T5. Near: ngõ ra của cảm biến hồng ngoại vật cản. CLP: ngõ ra của công tắc hành trình.
- Bộ xử lý Adruino
Hình 4. Mạch điện bộ xử lý
3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code [3]. 3.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm
Quá trình thử nghiệm đánh giá tính năng kỹ thuật của mô hình hệ thống phát hiện làn đường được trang bị trên xe ô tô trong nhiều trường hợp khác nhau.
Hệ thống thử nghiệm được thiết kế bao gồm bộ đổi nguồn, cảm biến dò line, cảm biến bluetooth, màn hình hiển thị, bộ xử lý, động cơ servo, khoá điện. Nguồn cáp điện 12V sẽ đi qua bộ đổi nguồn xuống còn 5V và đi vào các thiết bị sử dụng nguồn điện 5V như màn hình hiển thị thông tin, còn lại những chi tiết khác vẫn sử dụng nguồn 12V. Khi cảm biến dò line sẽ sử dụng 5 mắt led để phát hiện line đường và điều khiển các cơ cấu chấp hành. Hình 3 thể hiện sơ đồ mạch Arduino bao gồm: 1 vi điều khiển tự động điện áp đầu cực máy phát điện với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của bảng với các mô đun thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là tấm chắn. Vài tấm chắn truyền thông với bảng Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều tấm chắn được xác định địa chỉ thông qua mạch tích hợp đa dẫn, nhiều tấm chắn có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là
244
Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
SCIENCE - TECHNOLOGY
Xe có quán tính khiến cho sai số tại điểm D lớn.
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thử nghiệm
3.2. Quy trình thử nghiệm
Hình 9. Kết quả thực nghiệm qua điểm G-A Xe chạy ổn định ở đoạn G-A. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công mô hình và vận hành thực tế. Robot hoàn thành việc bám hết sa bàn với thời gian 28s một cách ổn định, nhưng có sai số bám line tại một số vị trí đặc biệt. Xe chạy chưa được ổn định tại tất cả các lần chạy, khả năng thành hoàn thành toàn bộ sa bàn là 4/10.
3.3. Kết quả thử nghiệm
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống phát hiện làn đường có thể hoạt động ở nhiều làn đường phức tạp khác nhau tùy thuộc vào làn đường được phát hiện trên bề mặt của cảm biến. Ngoài ra do chỉ cần cấp nguồn rất nhỏ thì hệ thống sẽ hoạt động nên cũng cần phải cải thiện nguồn cung cấp điện để tranh gây lãng phí điện năng trong quá trình xe dừng đỗ. Hình 6. Kết quả thực nghiệm trên đoạn AB 4. KẾT LUẬN
Khi robot khởi động và bắt đầu chạy trên đoạn AB, độ vọt lố (overshoot) lớn nên tốc độ điều khiển trên đoạn AB chưa chính xác, dẫn đến sai số dò line khi gần đến điểm B không được ổn định. Qua quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng để xem xét quá trình vận hành bám làn đường, định hướng ứng dụng cho các dòng xe ô tô nói riêng và phương tiện giao thông khác nói chung.
Nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm, trong đó nghiên cứu mô phỏng thực hiện nghiên cứu, viết chương trình cho bộ xử lý Arduino và nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hoạt động của mô hình mô phỏng phát hiện làn đường được lắp trên xe ô tô. Kết quả của nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng để làm cơ sở trong việc hiệu chỉnh và đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng.
Hình 7. Kết quả thực nghiệm qua điểm C Khi robot đến điểm C ta cho mù cảm biến vì thế sai số phụ thuộc vào sai số trên đoạn trước đó.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Thành Bắc, Chu Đức Hùng, Thân Quốc Việt, Phạm Việt Thành, Nguyễn Tiến Hán, 2017. Hệ thống điện - điện tử ô tô cơ bản. NXB Khoa học và Kỹ thuật. [2]. Phạm Quang Huy, 2018. Vi điều khiển và ứng dụng ARDUINO dành cho người mới bắt đầu. NXB Thanh niên. [3]. Phạm Quang Huy, 2018. Vi điều khiển và ứng dụng ARDUINO dành cho người tự học. NXB Thanh niên.
[4]. Ngô Diên Tập, 2003. Vi điều khiển với lập trình C. NXB Khoa học và Kỹ thuật. [5]. Đại học Bách khoa Hà Nội. Cảm biến vị trí và dịch chuyển.
Hình 8. Kết quả thực nghiệm qua điểm D
