Thiết kế hệ thống điều khiển biển số xe điện tử

ty. Từ khóa: Biển số xe điện tử, đăng kiểm, cảnh báo va chạm khi lùi xe, phí đƣờng bộ. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, hầu hết các loại phƣơng tiện xe cơ giới đƣờng bộ đều phải gắn biển số xe cơ khí. Biển kiểm soát xe cơ giới (hay còn gọi tắt là biển số xe) tại Việt Nam là tấm biển gắn trên mỗi xe cơ giới, đƣợc cơ quan công an cấp nhằm dễ dàng quản lý phƣơng tiện giao thông. Biển số xe cơ khí có ƣu điểm là rẻ, dễ lắp đặt. Tuy nhiên, xe gắn biển số xe cơ khí có nhƣợc điểm là dễ làm giả, không thể tích hợp các chức năng tốt nhƣ hiển thị ngày tháng năm, cảnh báo hết hạn đăng kiểm, hết hạn phí đƣờng bộ, hiện thị ―Cảm ơn‖ khi đƣợc xe khác nhƣờng đƣờng, giúp cảnh sát định vị xe khi bị ăn trộm, theo dõi hành trình lái xe.. Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 là cuộc cách mạng của công nghệ. Mục đích của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 là chuyển hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số. Các doanh nghiệp sử dụng tối đa công nghệ vào doanh nghiệp sẽ dễ dàng nhận thấy sự hoạt động của doanh nghiệp trở nên logic hơn, các thông tin số liệu nắm bắt chính xác hơn và hơn hết nó giúp cho doanh nghiệp khắc phục đƣợc nhiều rủi ro, tăng nhanh lợi nhuận, dễ dàng quản lý, an toàn. Các xe ô tô hiện đại chạy trong các thành phố thông minh, hay các xe của doanh nghiệp dễ quản lý, an toàn, hiệu quả kinh tế thì cần thiết gắn biển số xe điện tử nhằm tích hợp nhiều tiện ích, tiện lợi. Vì lí do đó, nên bản thân tôi đã chọn đề tài ―Thiết kế hệ thống điều khiển biển số xe điện tử‖ nhằm nâng cao chất lƣợng quản lý, an toàn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. 2. PHƢƠNG PHÁP NGHI N CỨU VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu – Phƣơng pháp quan sát khoa học: tìm hiểu và nghiên cứu các loại biển số đã có trên thị trƣờng. – Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học: quan sát hoạt động của biển số sau khi hoàn thành để tối ƣu vận hành của máy. – Phƣơng pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: nêu ra các ƣu điểm và các nhƣợc điểm của biển số sau khi hoàn thành. 1504 – Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: phân tích là nghiên cứu các tài liệu, lý luận khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng bộ phận để tìm hiểu sâu sắc về đối tƣợng. Tổng hợp là liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã đƣợc phân tích tạo ra một hệ thông lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc về đối tƣợng. 2.2 Cấu tạo các bộ phận chính của biển số điện tử Hệ thống điều khiển biển số xe điện tử bao gồm các bộ phận chính sau: – Khung biển số; – Cảm biến khoảng cách; – Bộ phát tín hiệu; – Bộ xử lý tín hiệu; – Bộ truyền lực. Thiết kế phần cơ khí biển số xe thông minh: Biển số thông minh đƣợc lập trình sao cho khi tài xế bắt đầu khởi động xe thì biển số sẽ chuyển sang biển số led và khi đỗ xe hoặc dừng xe thì lúc này tắt chìa khóa xe nhƣng vẫn có một nguồn pin dữ trữ để giúp chuyển ngƣợc lại biển số cơ. Điều quan trọng và cần thiết là phần cơ khí khung biển số sao cho có thế chuyển đổi một cách tốt nhất. Hình . Khung biển số Vỏ biển số có các thông số kỹ thuật nhƣ sau: Làm bằng mica 5mm; Kích thƣớc 210x370mm; Hoạt động bằng cơ cấu ròng rọc do mô tơ kéo. 1505 Hình 2. Thiết kế vỏ ngoài của biển số Thiết kế phần điện: Module led ma trận P10 kích cỡ 16x32. Mỗi led là 1 pixel cách nhau 1 centimét. Cấu tạo của module này bao gồm: – 16 IC ghi dịch 8 bit 74hc595 – 1 IC ghi đệm dòng 74hc245 – 1 IC vào 3 ra 8 74hc138 – 4 con FET kích 16 hàng (1 còn kéo 4 hàng) – 2 jump kết nối 2x8. 1 cái là đầu vào dữ liệu, 1 cái là đầu ra ( để mắc nối tiếp với tấm khác) Jump 2x8 nhƣng các bạn chỉ cần chú ý tới 6 chân này thôi: – OE : Đây là chân điều khiển IC 138. Nếu nó OE=0 thì IC 138 không hoạt động. Tất cả các hàng đều không sáng (cả biển LED sẽ tắt). Nhƣ vậy, chân này có 2 nhiệm vụ là quét led, và băm xung PWM điều khiển độ sáng của bảng LED. Hình . Cấu tạo bảng LED ma trận 1506 Hình 4. Hình dạng tổng thể của biển số xe điện tử Bộ truyền lực cho cáp điều khiển khung biển số: – -Sử dụng mô tơ 775; – Điện áp định mức: 12VDC, (Max 24VDC); – Tải tốc độ: 10.000 rpm với điện áp 12V; – Chiều cao: 4.5mm; – Đƣờng kính: 42mm; – Chiều dài cơ (trừ trục): 67mm; – Chiều dài trục: 17mm; – Đƣờng kính trục: 5mm; – Trọng lƣợng động cơ: 350g. Hình 5. Bộ truyền lực cho cáp điều khiển khung biển số Hình 6. Bộ xử lý trung tâm nhận và truyền dữ liệu 1507 Thuật toán điều khiển biển số xe thông minh: Sau khi hoàn thiện tính toán thiết kế phần cơ khí, lựa chọn các chi tiết bộ phận điện, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống điều khiển biển số xe điện tử nhƣ sau: Hình 7. Sơ đồ thuật toán điều khiển biển số xe điện tử Khi tay phát RF phát tính hiệu liên tục với tần số 315MHz đến modem thu sóng RF với cùng tần số, bộ xử lý sẽ hoạt động. Nếu tín hiệu RF là ON (Yes) đồng nghĩa đang dùng nguồn ắc quy thì cụm modem LED sẽ hoạt động, nếu tín hiệu RF là OFF (No) đồng nghĩa đang dùng nguồn PIN thì cụm modem LED sẽ không hoạt động. Nếu tay phát RF gửi tín hiệu ON (Yes) đồng nghĩa đang dùng nguồn ắc quy và relay cảm biến khoảng cách đóng thì mô tơ sẽ quay với chiều từ trái sang phải khiến cho biển số cơ chuyển sang biển số điện tử. Nếu tay phát RF gửi tín hiệu OFF (No) đồng nghĩa đang dùng nguồn PIN và relay cảm biến khoảng cách đóng thì mô tơ sẽ quay với chiều từ phải sang trái khiến cho biển số điện tử chuyển sang biển số cơ. Nếu tay phát RF gửi tín hiệu ON (Yes) đồng nghĩa đang dùng nguồn ắc quy và relay cảm biến khoảng cách không đóng thì mô tơ sẽ không hoạt động biển số giữ nguyên trạng thái hiện tại. Nếu tay phát RF gửi tín hiệu OFF (No) đồng nghĩa đang dùng nguồn PIN và relay cảm biến khoảng cách không đóng thì mô tơ sẽ không hoạt động giữ nguyên trạng thái hiện tại. 2.3. Lắp đặt trên xe Honda City Hệ thống điều khiển biển số xe điện tử bao gồm các bộ phận chính sau: – Khung biển số; – Cảm biến khoảng cách; – Bộ phát tín hiệu; – Bộ xử lý tín hiệu; – Bộ truyền lực. Trình tự lăp đặt các bộ phận trong hệ thống nhƣ sau: Bƣớc 1: Lắp đặt khung biển số lên xe Honda City. Bƣớc 2: Lắp đặt cảm biến khoảng cách lên khung biển số. 1508 Bƣớc 3: Kết nối cảm biến với bộ xử lý. Bƣớc 4: Kết nối bộ truyền lực với giắc khung biển số, đầu còn lại kết nối với bộ xử lý. Bƣớc 5: Kết nối cáp truyền dữ liệu từ bộ xử lý đến giác khung biển số Bƣớc 6: Kết nối bộ phát tín hiệu. Dƣới đây là hình ảnh thực tế thiết bị đƣợc lắp trên xe thử nghiệm, phần board mạch chính nắp trong hộp kín, và lấy nguồn đƣợc nối ra bên ngoài. Nguồn cung cấp cho hệ thống đƣợc lấy từ nguồn acquy ngoài hoặc nguồn acquy của xe hơi sau đó qua module giảm áp để cung cấp cho toàn bộ hệ thống. Hình 8. Biển số xe điện tử đƣợc lắp đặt trên xe ô tô Honda City khi động cơ chƣa hoạt động: 1-Khung biển số; 2- Cảm biến khoảng cách; 3-Bộ phát tín hiệu; 4-Bộ xử lý tín hiệu; 5-Bộ truyền lực 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả thực nghiệm Biển số xe điện tử đƣợc lắp đặt trên xe ô tô Honda City khi động cơ chƣa hoạt động có giao diện nhƣ hình 8. Sau khi lắp đặt các bộ phận chính của hệ thống điều khiển biển số xe điện tử trên xe Honda City khi chƣa khởi động động cơ đƣợc thể hiện nhƣ hình sau: Hình 9. Biển số xe điện tử lắp đặt trên xe ô tô Honda City khi chƣa khởi động động cơ Sau khi bật chìa khóa, khởi động động cơ thì hệ thống tự động chuyển từ biển số cơ sang giao diện biển số xe điện tử đƣợc hiển thị nhƣ hình minh họa sau: 1509 Hình 10. Biển số xe điện tử đƣợc lắp đặt trên xe ô tô Honda City khi động cơ hoạt động Khi xe hết hạn đăng kiểm hoặc hết hạng đăng ký phí bảo hiểm thì giao diện biển số xe điện tử đƣợc hiển thị nhƣ hình minh họa sau: Hình 11. Biển số xe điện tử đƣợc lắp đặt trên xe ô tô Honda City khi hết hạn đăng kiểm hoặc phí đƣờng bộ: 1-Khung biển số; 2- Cảm biến khoảng cách; 3-Bộ phát tín hiệu; 4-Bộ xử lý tín hiệu; 5-Bộ truyền lực Khi xe lùi gặp chƣớng ngại vật, ví dụ khi xe lùi xe vào nhà xe, cách bức tƣờng một khoảng cách khi lập trình đặt ra ch ng hạn 30cm thì cảm biến khoảng cách nhận biết truyền tín hiệu về bộ xử lý và phát ra tiếng còi báo để tài xế biết và giảm tốc độ, phanh lại. Hình ảnh tiến hành thực nghiệm kết quả nhƣ hình sau: Khi xe lùi gặp chƣớng ngại vật, ví dụ khi xe lùi xe vào nhà xe, cách bức tƣờng một khoảng cách khi lập trình đặt ra ch ng hạn 30cm thì cảm biến khoảng cách nhận biết truyền tín hiệu về bộ xử lý và phát ra tiếng còi báo để tài xế biết và giảm tốc độ, phanh lại. Hình ảnh tiến hành thực nghiệm kết quả nhƣ hình sau: Hình 12. Biển số xe điện tử cảnh báo va chạm khi lùi xe 1510 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Tính toán thiết kế đƣợc phần cơ khí khung biển số xe, cơ cấu chuyển đổi từ biển số xe điện tử sang biển số xe cơ và ngƣợc lại. Tính toán, thiết kế đƣợc phần điện nguồn, điện điều khiển, mạch LED hiển thị, cảm biến khoảng cách, mô tơ điện, bộ tín hiệu phát, bộ tín hiệu xử lý. Xây dựng đƣợc thuật toán điều khiển, lập trình điều khiển biển số xe điện tử tự động. Lắp đặt, tiến hành thực nghiệm đánh giá trên xe Honda City. Sản ph m là hệ thống điều khiển biển số xe điện tử có các chức năng gồm: hiển thị biển số bằng điện tử, cảnh báo va chạm khi lùi xe, cảnh báo hết hạn đăng kiểm, phí đƣờng bộ. 4.2 Hƣớng phát triển Trong thời gian sắp tới và nếu có điều kiện thì tác giả sẽ khắc phục để hoàn thiện sản ph m về th m mỹ và hoạt động nhiều ứng dụng tích hợp vào hơn. Do đó, đề tài có thể phát triển thêm và tích hợp nhiều tính năng tiện nghi, tiện ích, an toàn vào, gồm: – Nghiên cứu thuật toán kết hợp xử lý ảnh, cảnh báo ăn trộm. – Kết hợp nhận dạng quan sát phía sau mà không cần gƣơng chiếu hậu. – Kết hợp hiển thị cảm ơn khi đƣợc phƣơng tiện khác nhƣờng đƣờng, góp phần nâng cao văn hóa giao thông. – Thiết kế lại bo mạch theo hƣớng tinh gọn giảm diện tích khi lắp đặt hệ thống vào xe. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods, ―Digital Image Processing‖, 2001 [2] Paul Viola and Michael Jones – Robusst Real-time Object Detection, July 13, 2001. [3] Giáo trình ―Xử lý ảnh, 2014‖, TS.Nguyễn Thanh Hải; [4] PGS-TS Nguyễn Quang Hoang, Hà Nội, ―Xử lý ảnh, 2006‖. [5] ―The OpenCV Tutorial, 2014‖, [6] Automotive electrical and electronic systems. BOSCH. Germany, 1998; [7] ―support vector machines (SVM)‖, [8] Phạm Duy Tùng, ―An Introduce to Computer Vision and Video Surveillance System‖, Online: [9] Gary Bradski and Adrian Kaehler, ―Learning OpenCV: Computer Vision in C++ with the OpenCV Library‖, 2nd edition, O‘Reilly, 2008. [10] Nguyễn Văn Long, ―Ứng dụng xử lý ảnh trong thực tế với OpenCV C/C++‖, 2012.