Đồ án thiết kế hệ thống phát hiện vật cản khi lùi xe

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Hưng yên, ngày.... tháng.... năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

ThS. Phạm Văn Kiêm
1


MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.............................................................1
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................ 4
MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI.................................................................... 5
MỤC TIÊU .................................................................................................................................................... 5
NỘI DUNG .................................................................................................................................................... 5
PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................................................................................. 5
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................... 5
GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI..................................................................................................................... 6

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH
CHƯỚNG NGẠI VẬT TRÊN Ô TÔ............................................................................. 7
1.1. Khảo sát một số hệ thống cảnh báo an toàn trên xe ..............................................................................7
1.1.1. Hệ thống cảnh báo va chạm trước............................................................................................................7
1.1.2. Hỗ trợ phanh khẩn cấp..............................................................................................................................7
1.1.3. Hệ thống báo chệch làn đường.................................................................................................................7
1.1.4. Hệ thống xóa điểm mù.............................................................................................................................7
1.1.5. Đèn pha chiếu sang chủ động..................................................................................................................8
1.2. Giới thiệu các hãng xe chế tạo hệ thống báo khoảng cách ....................................................................11
1.2.1. Hệ thống xác định khoảng cách trên xe KIA ...........................................................................................11
1.2.2. Hệ thống cảnh báo va chạm của Volvo .................................................................................................13
1.2.3. Hệ thống quan sát điểm mù của Ford ...................................................................................................14
1.3.Giới thiệu về cảm biến đo khoảng cách.................................................................................................. 15
1.3.1 .Giới thiệu.................................................................................................................................................15
1.3.2.Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc................................................................................................16

1.3.3.Đo khoảng cách bằng phương pháp thời gian truyền.............................................................................17
1.3.3.1. Tốc độ truyền...................................................................................................................................18
1.3.3.2. Độ bất định.......................................................................................................................................18
1.3.3.3. Định thời...........................................................................................................................................18
1.3.3.4. Tương tác bề mặt.............................................................................................................................19
1.3.3.5. Hệ thống TOF siêu âm......................................................................................................................19
1.3.3.6. Hệthống TOF sử dụng laze...............................................................................................................21
1.3.4.Cảm biến khoảng cách vi sóng ................................................................................................................22

CHƯƠNG II.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ....................24
2.1.Cơ sở lựa chọn linh kiện ....................................................................................................................... 24
2.2.Tính toán linh kiện................................................................................................................................ 24
2.2.1.Vi điều khiển 8051....................................................................................................................................24
2.2.1.2. Chức năng các chân của AT89C51....................................................................................................25
Hình 2.3 : Port 1.............................................................................................................................................26
Hình 2.5: Port 3.............................................................................................................................................27
2.2.2. IC ổn áp....................................................................................................................................................28
2.2.4.Transistor C828........................................................................................................................................30

2


2.2.5.Điện trở....................................................................................................................................................32
2.2.5.1. Khái niệm điện trở............................................................................................................................32
2.2.5.2. Điện trở trong thiết bị điện tử.........................................................................................................33
Hình 2.11 Điện trở trong thiết bị điện tử......................................................................................................33
Hình 2.12 Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý............................................................................33
2.2.5.3. Cách đọc trị số điện trở
.........................................................................34
Hình 2.14 Quy ước màu quốc tế..................................................................................................................34

Hình 2.15 Điện trở 4 vòng màu.....................................................................................................................34
.......................................................................................................................................................................35
Hình 2.16 Điện trở 5 vòng màu.....................................................................................................................35
2.2.6.Tụ điện......................................................................................................................................................35
2.2.6.1. Định nghĩa........................................................................................................................................35
2.2.6.2. Cách chọn tụ điện.............................................................................................................................36
2.2.7.Cảm biến vật cản hồng ngoại...................................................................................................................37

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ MẠCH VÀ SƠ ĐỒ KHỐI..................................................39
3.1. Sơ đồ khối............................................................................................................................................ 39
3.3. Sơ đồ nguyên lý.................................................................................................................................... 40

KẾT LUẬN.............................................................................................................. 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 43

3


LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống xác định chướng ngại vật là một hệ thống nhằm cải thiện thêm tính an
toàn trên xe hơi, bên cạnh hệ thống túi khí (air bag), hệ thống thắng ABS v..v… thì hệ
thống xác định khoảng cách từô tô đến chướng ngại vật được lắp trên một sốloại ô tô
đắt tiền. Vì chi phí chế tạo hệ thống khá đắt nên ở Việt Nam hiện nay, hệ thống xác
định chướng ngại vật (Pre- Crash Safety System) chỉ được trang bị cho xe Camry 2.0,
một dòng xe siêu sang của TOYOTA. Hệ thống này có ưu điểm khá lớn khi điều
khiển xe ở tốc độ cao, khi qua đường hoặc khi lùi xe. Với những ưu điểm vượt trội
như vậy vấn đề đặt ra làm sao có thể thiết kế hệ thống này với một giá cả hợp lí và
chất lượng không thua kém hệ thống trang bị trên các xe ô tô đắt tiền. Đây là vấn đề
cần quan tâm để có thể trang bị hệ thống này cho nhiều dòng xe khác, không chỉ trên
các xe đắt tiền.

4


MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

• MỤC TIÊU
- Xác định loại tìm loại cảm biến đo khoảng cách phù hợp. Loại cảm biến này
có khả năng phát hiện ra chướng ngại vật trong một khoảng cách mà lái xe có thể xử lí
an toàn.
- Thiết kế, chếtạo hệ thống xác định chướng ngại vật trên xe sao cho phù hợp.
- Bố trí, chế tạo hệ thống có thể hiển thị khoảng cách lên màn hình và điều
khiển được cảm biến chính xác.

• NỘI DUNG
- Tổng quan về các hệ thống phát hiện chướng ngại vật.
- Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán khoảng cách cho cảm biến
khi tín hiệu đưa về.
- Dùng phần mềm để lập trình và điều khiển cho hệ thống hiển thị khoảng cách
và điều khiển cảm biến.
- Thiết kế và thi công mô hình.

• PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu về phương pháp thu và phát của cảm biến siêu âm.
- Nghiên cứu phương pháp tính toán hệ thống khi xe di chuyển trên đường đến
chướng ngại vật.
- Nghiên cứu tính toán các thông số từ xe đến chướng ngại vật.
- Lập trình cho hệ thống cảnh báo
- Đưa ra mô hình toán học và mô phỏng khi xe gặp chướng ngại vật và cách yêu
cầu khác.

- Áp dụng tính toán thiết kế mô hình.

• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các hệ thống xác định chướng ngại vật của các hãng xe trên thế
giới.
- Phương pháp thiết kế mạch cho hệ thống
- Phương pháp thực nghiệm và tính toán các kết quả đo.
- Sử dụng đồ thị để đánh giá kết quả của mô hình
- Đánh giá tổng quát toàn bộ bản báo cáo nghiên cứu khoa học. Đề nghị hướng
phát triển của đề tài.
5


• GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Từ nhu cầu và sự an toàn của người lái khi được trang bị hệ thống có thể phát ra
tín hiệu khi có vật cản trên đường, giúp cho lái xe có thể an tâm trong quá trình đỗ xe
được an toàn góp phần không nhỏ trong quá trình di chuyển và giảm va trạm.

6


CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH
CHƯỚNG NGẠI VẬT TRÊN Ô TÔ

Những công nghệ phòng tránh va chạm mới đang dần xuất hiện nhiều hơn trên
ô tô, bắt đầu từ những mẫu xe sang. Một số hệ thống an toàn phát ra tín hiệu cảnh báo
bằng âm thanh hoặc hình ảnh để nhắc tài xế có hành động xử lý, trong khi một số
khác sẵn sàng can thiệp vào phanh hoặc hệ thống lái để chỉnh lại xe đi đúng hướng. Hệ
thống xác định chướng ngại vật trên ô tô là một trong những hệ thống được sử dụng

khá nhiều hiện nay. Theo báo cáo của Viện bảo hiểm an toàn đường bộ Mỹ(IIHS) thì
hệ thống xác định chướng ngại vật này rất hữu ích vì hằng năm có đến 40% tai nạn
liên quan đến việc lái xe thiếu tập trung.

1.1. Khảo sát một số hệ thống cảnh báo an toàn trên xe
1.1.1. Hệ thống cảnh báo va chạm trước
Hệ thống này sử dụng radar để phát hiện trường hợp người lái sắp đâm vào thứ
gì đó phía trước. Hầu hết các hệ thống đều phát cảnh báo bằng âm thanh bằng âm
thành hoặc đèn chớp, hình ảnh. Một số thậm chí có thể tự động rà phanh để giảm tốc
độ của xe.
1.1.2. Hỗ trợ phanh khẩn cấp
Hệ thống này dành cho các trường hợp tài xế nhìn thấy nguy cơ va chạm phía
trước và nhấn phanh nhưng có thể không phanh kịp. Nghiên cứu của các nhà sản xuất
chỉ ra rằng nhiều tài xế không đạp được lực phanh tối đa trong trường hợp khẩn cấp,
do ảnh hưởng tâm lý, nên vẫn để xảy ra va chạm dù đã biết trước và hoàn toàn có thể
tránh. Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp có khả năng phát hiện các trường hợp tài xế
mất bình tĩnh, như dấu hiệu nhấc chân ga đột ngột. Khi đó, hệ thống sẽ lập tức tự động
rà phanh trước và giúp người lái đạt lực phanh tối đa.
1.1.3. Hệ thống báo chệch làn đường
Hệ thống này sử dụng các camera gắn trên xe để phát hiện thời điểm lốp xe bắt
đầu chệch khỏi làn đường đang chạy. Máy tính sẽ kiểm tra hệ thống lái và tốc độ xe để
xác định xem việc chạy chệch làn đường là cố ý hay vô tình. Nếu máy tính kết luận
rằng đó là vô tình, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo bằng cách làm rung nhẹ vô-lăng,
có thể kèm theo cảnh báo bằng âm thanh.
1.1.4. Hệ thống xóa điểm mù
Hệ thống này cho phép người lái biết có xe ở trong điểm mù - khoảng nằm
ngoài tầm quan sát của gương chiếu hậu, và chớp đèn cảnh báo ở ngay bên gương. Với
7

một số hệ thống, đèn cảnh báo sẽ sáng hơn hoặc chớp nhanh hơn nếu tài xế bật xinhan vào đúng thời điểm hệ thống phát hiện có xe trong điểm mù. Một số hệt hống
còn có cả chuông cảnh báo.
1.1.5. Đèn pha chiếu sang chủ động
Phần mềm điều khiển dải chiếu sáng của cụm đèn pha được kết nối với thông
tin truyền từ vô-lăng, để khi xe chuyển hướng, dải chiếu sáng cũng chuyển hướng
theo, giúp tài xế quan sát tốt phía trước ở những góc cua vào buổi tối.
1.1.6. Hệ thống cảnh báo lùi
1.1.6.1 Camera lùi trên xe ô tô
Lùi xe thường chịu nhiều rủi ro hơn tiến. Tuy nhiên, nỗi lo ngại sẽ được hoá
giải nhờ cảm biến và camera hỗ trợ lùi. Thiết bị này có thể lắp đặt đơn giản trên mọi
dòng ôtô và đặc biệt hữu ích với những xe thân dài.

Hình 1.1 Camera lùi trên xe ô tô
Để hạn chế xây xước khi lùi xe vào điểm đỗ hay sự lo lắng của các bậc cha mẹ
trong tình huống này, các hãng chế tạo linh kiện ôtô áp dụng những giải pháp công
nghệ cao. Đó là hệ thống cảnh báo sóng siêu âm (cảm biến lùi), phát ra âm thanh ngày
càng khẩn thiết khi ôtô lùi đến gần vật cản phía sau. Thiết bị này đã có mặt trên thị
trường từ nhiều năm. Tuy nhiên, với những xe không tích hợp sẵn thì việc lắp đặt một
hệ thống như vậy khá bất tiện vì phải động chạm tới vỏ xe, hơn nữa chúng có thể hoạt
động không hiệu quả trong điều kiện trời mưa hoặc tuyết rơi. Thêm vào đó, những tiếp
bíp bíp liên tục có thể làm cho người điều khiển khó chịu. Do đó, các nhà sản xuất đã
sử dụng một giải pháp công nghệ hiện đại hơn là camera hỗ trợ quan sát phía sau,
tiếng Anh gọi là rearview, backup hay eversing camera, cho phép lái xe quan sát toàn
bộ bối cảnh sau đuôi xe. Camera quan sát phía sau là một dạng máy ghi hình gắn vào
đuôi xe để hỗ trợ tài xế mỗi khi lùi. Thiết kế của nó khác hẳn so với các loạt camera
khác vì ảnh hiển thị phải được xoay ngược theo chiều ngang tạo ra hình ảnh giống như
8


lái xe đang nhìn vào gương chiếu hậu. Điều này là cần thiết vì máy quay và mặt lái xe

hướng về hai chiều ngược nhau. Nếu không đảo hình, phía bên phải của camera sẽ là
phía bên trái của lái xe và ngược lại.
Hệ thống có thể lắp đặt theo kiểu biệt lập, khi đó màn hình hiển thị được bố trí
trên hoặc xung quanh gương chiếu hậu trong xe. Cách lắp thứ hai là tích hợp tín hiệu
của backup camera để hiển thị hình ảnh trên màn hình LCD của hệ thống multimedia
hoặc định vị vệ tinh. Các màn hình này sẽ giúp lái xe quan sát để có thể lùi xe an toàn,
đấu nối xe với rơ-moóc hoặc tránh các va chạm, rủi ro tiềm ẩn phía đuôi xe. Hệ thống
này chỉ được kích hoạt và ưu tiên hiển thị (nếu dùng chung với màn hình có chức năng
khác) khi lái xe cài số lùi (R). Trong mọi trường hợp, tất nhiên, hệ thống này chỉ phát
huy hiệu quả khi chính lái xe hiểu rõ nguyên lý hoạt động và hiển thị của nó đồng thời
có kỹ năng điều khiển xe lùi phù hợp với tín hiệu trên màn hình. Hầu hết các backup
camera được tích hợp cùng cảm biến lùi để cung cấp cho lái xe thông tin và các cảnh
báo về khoảng cách, điều mà một camera thu hình đơn thuần không làm được.
Một số camera hỗ trợ lùi có khả năng thu phát âm thanh hỗ trợ trao đổi bằng
giọng nói giữa cabin và phía đuôi xe. Loại này đặc biệt hữu dụng khi có người đứng
phía sau giúp tài xế lùi xe vào điểm đỗ. Tuy nhiên, chúng lại phải có một lỗ
microphone nằm trên thân camera. Và mặc dù các nhà sản xuất đã cố đặt lỗ này ở phía
dưới thân của camera, chúng vẫn làm giảm hoặc thậm chí phá hỏng khả năng chống
thấm nước của camera. Một số máy ghi hình còn gắn thêm đi-ốt phát sáng (LED) hồng
ngoại để hỗ trợ cho camera trong bối cảnh thiếu sáng. Tuy nhiên, hiệu quả của nó cũng
không có nhiều khác biệt, tầm ảnh hưởng của chúng thông thường chỉ vào khoảng từ
1,5-3m.

Hình 1.2 Thấu kính mắt cá
Camera hỗ trợ lùi thường lắp một thấu kính mắt cá có góc quan sát lớn. Thấu
kính loại này sẽ hạn chế tầm quét xa của camera, tuy nhiên, nó lại cho phép quan sát
liên tục ở một khoảng rộng quan sát đuôi xe. Các camera cũng thường được lắp chúc
9

xuống đất, giúp lái xe có thể quan sát được tất cả vật cản nằm dưới cũng như xác định
được vị trí giữa tường và nền. Hầu hết các backup camera có thể lắp vào xe theo hai
kiểu. Một loại có thể gắn vào lỗ khoá mở nắp khoang hành lý của xe. Còn loại kia,
được gọi là camera bề mặt, có thể gắn trực tiếp vào thân xe. Do đặc điểm về vị trí lắp
đặt, backup camera cần chịu được mọi điều kiện thời tiết. Khi rửa xe dưới áp suất lớn
của vòi nước hoặc bị ngâm nước trong một thời gian dài, máy ghi hình có thể bị ẩm.
Hiện nay, hệ thống camera hỗ trợ lùi đã có mặt trên nhiều mẫu xe hạng trung,
cao cấp thuộc tất cả các nhãn hiệu phổ thông.
1.1.6.2 Cảm biến lùi trên xe ô tô

Hình 1.3 Cảm biến lùi
Cảm biến lùi được thiết kế để trợ giúp lái xe trong quá trình lùi và đỗ xe. Nó
giúp lái xe đảm bảo độ an toàn, tính chính xác và dễ dàng lùi và đỗ xe trong mọi tình
huống.
a. Đặc điểm nổi bật
- Tùy chọn 2 hoặc 4 cảm biến sóng siêu âm được lắp đặt ở cản sau của xe.
- Cảm biến có thể sơn và hoạt động bền bỉ trong mọi tình huống.
- Ứng dụng công nghệ sóng siêu âm mới giúp phát hiện chính xác mọi
chướng ngại vật sau xe.
- Hệ thống chỉ được kích hoạt khi xe vào số lùi.
- Màn hình LED hiển thị cùng âm thanh cảnh báo sẽ báo hiệu khi có chướng
ngại vật phía sau và khoảng cách giữa xe với chướng ngại vật.
- Có 4 vùng kích hoạt cảnh báo là 5.5 feet, 3 feet; 2 feet; 1 feet; với mức độ
cảnh báo khác nhau.
10


b. Lợi ích của sản phẩm
- Giúp hạn chế các điểm mù của xe.
- Giúp lái xe phát hiện những chướng ngại vật ở phía sau trong mọi trường

hợp thời tiết cũng như ngày và đêm.
- Giảm thiểu tai nạn, va đụng xảy ra khi lùi xe.
- Giúp cho việc lùi xe và đỗ xe trở nên dễ dàng, an toàn và nhanh chóng.
Đỗ xe song song hoặc lùi xe ở bất kì nơi đâu sẽ dễ dàng hơn nếu có người đứng
ngoài ra hiệu. Nhưng đâu phải lúc nào cũng được như vậy. Cảm biến lùi và, trong
một vài dòng xe, camera quan sát sau xe, là những trợ thủ đắc lực.
• Cảm biến gắn trên cản sau xe quét tín hiệu để nhận dạng vật cản.
• Ngay khi bạn cài số lùi, cảm biến sẽ hoạt động, phát ra tiếng “bíp” nếu có vật
cản trong khoảng cách 1.8m ở phía sau xe của bạn.
• Càng lùi lại gần vật cản, tiếng bíp sẽ càng to và nhanh. Tiếng bíp không ngừng
kêu nghĩa là bạn nên dừng lại
• Cảm biến phát hiện ra những vật bạn không thể nhìn thấy vì chúng ở ngoài tầm
nhìn, như hàng rào thấp hoặc cột trụ.
• Nếu xe của bạn chỉ có Hệ thống cảm biến lùi, màn hình sẽ hiển thị vị trí của vật
cản phía sau bạn.
• Nếu xe của bạn có camera quan sát phía sau, bạn có thể thấy rõ vật cản phía sau
và cùng với tiếng bíp, bạn sẽ nắm rõ tình hình đang xảy ra.

1.2. Giới thiệu các hãng xe chế tạo hệ thống báo khoảng cách
Hầu hết các hãng xe lớn hiện nay như Toyota, Ford, Nissan, Mecredes – Benz,
Honda, Volvo… đều có các hệ thống cảnh báo va chạm riêng của mình. Hệ thống
được trang bị hết sức hiện đại, nó không những phát hiện được khoảng cách của đối
tượng phát hiện mà còn có thể can thiệp vào hệ thống thắng (Collision Mitigation
Brake System(CMBS)) và hệ thống dây an toàn (Seat-beat Safety) giúp lái xe yên tâm
hơn phía sau tay lái của mình. Sau đây xin giới thiệu hệ thống báo khoảng cách của
một số hãng xe trên thế giới.
1.2.1. Hệ thống xác định khoảng cách trên xe KIA
KIA mới là mẫu xe đầu tiên trang bị hệ thống phát hiện và phản ứng khi gặp
chướng ngại vật cũng như người đi bộ. Nếu tài xế không quan sát tình huống và không
kịp phản ứng sau lúc có còi báo động, máy tính sẽ tự tính toán để kích hoạt phanh, hỗ

trợ lái và siết chặt dây an toàn.

11


Hình 1.1. Hệ thống xác định chướng ngại vật của KIA
Công nghệ phát hiện chướng ngại vật hoạt động cả ngày lẫn đêm, dựa trên các
tín hiệu thu từ radar gắn trước mũi xe và từ camera hồng ngoại ống kính kép phía trên
kính chắn gió. Để cung cấp sóng hồng ngoại, các kỹ sư gắn đèn phát ở cạnh đèn pha.
Tia hồng ngoại từ nguồn phát đập vào chướng ngại vật, phản xạ và camera chịu trách
nhiệm thu lại dưới dạng tín hiệu số. Đến lượt các tín hiệu số được gửi tới máy tính
trung tâm để xử lý. Khoảng cách hiệu dụng tối đa của hệ thống này là 25 m và hoạt
động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Ngoài hệ thống phát hiện chướng ngại vật, KIA còn trang bị công nghệ trợ giúp
lái khẩn cấp ESA (Emergency Steering Assist), có tác dụng chọn tỷ số lái tối ưu khi
chiếc xe gặp tình huống nguy hiểm ở tốc độcao. ESA giúp lái xe giữ ổn định hướng
lái, giảm nguy cơ va chạm. Hoạt động đồng thời với ESA, hệ thống treo sẽ tăng cường
độ cứng để xe không bị lật còn bộ kiểm soát động lực chọn phương pháp phanh tối ưu
nhằm tránh hiện tượng trượt.
Bên cạnh đó, để hệ thống phát hiện chướng ngại vật hoạt động hiệu quả, KIA
còn trang bị công nghệ cảnh báo lái xe DMS (Driver Monitoring System), có khả năng
phát tín hiệu nguy hiểm nếu tài xế không tập trung lái. Một camera gắn trên trục vôlăng tự động xác định khoảng chuyển động đầu người lái. Khi tài xế quay đầu ra khỏi
khoảng cho phép trong thời gian quá lâu, hệ thống sẽ kích hoạt thiết bị báo động. Với
thiết bị này, nếu xe “nhìn” thấy chướng ngại vật trước người lái, DMS sẽ bật đèn báo
động, nhấn còi. Sau khi báo động mà tài xế không có bất cứ phản ứng nào, máy tính sẽ
tự động phanh để thu hút sự chú ý của anh ta. Trong trường hợp người lái vẫn không
có hành động ứng phó, hệ thống tiền an toàn Pre-crash Safety sẽ hoạt động. Pre-crash
Safety tính toán xác suất va chạm có thể xảy ra trong tình huống cụ thể, dựa trên vận
tốc xe, hướng quan sát của người lái và đặc điểm của chướng ngại vật phía trước. Nếu
các yếu tố trên nằm trong vùng nguy hiểm, nó sẽ kích hoạt còi báo động, báo đèn

12


phanh đỏ trên màn hình đa dụng. Cùng lúc, bộ hỗ trợ phanh sẽ kích hoạt ở mức áp suất
phanh cao nhất, trước khi tài xế đặt chân lên bàn đạp phanh, còn hệ thống treo bắt đầu
gia tăng độ cứng. Nếu nhận thấy va chạm là không thể tránh khỏi, Pre-safety sẽ thắt
dây đai an toàn, siết chặt người ngồi vào ghế, đồng thời tự động phanh.

Hình 1.2 . Ghế ngồi an toàn trang bị trên KIA
Ngoài các công nghệ trên, KIA còn trang bị radar, gắn trên chắn bùn sau, liên
tục quét bề mặt xung quanh khi xe đỗ hoặc di chuyển. Nếu thấy va chạm chắc chắn sẽ
xảy ra, nó tự động năng gối đỡ đầu lên tối đa 35 mm và đưa về phía trước tối đa 60
mm để giảm nguy cơ chấn thương cột sống cổ. Trên thực tế, các cảm biến gắn trên ghế
đo khoảng cách và điều khiển sao cho gối không va vào đầu hành khách trước khi va
chạm xảy ra. Bên cạnh đó, các cảm biến có thể nhận dạng người ngồi và máy tính sẽ
ngắt chức năng trên nếu ghế trống.

Hình 1.3. Gối đỡ trên ghế ngồi trước và sau khi va chạm
1.2.2. Hệ thống cảnh báo va chạm của Volvo
Trước thực tế là khoảng 1/3 số vụ tai nạn giao thông tại Mỹ liên quan đến các
trường hợp va đâm sau, trong đó, hơn 50% trường hợp tài xế không kịp phanh, Volvo
đã tập trung nghiên cứu cải tiến công nghệ cảnh báo đâm sau.
Trong khi hệ thống Brake Support chỉ sử dụng radar để phát hiện nguy cơ va
chạm, thì hệ thống Auto Brake mới dùng cảradar và camera nên hoạt động hiệu quả
13


hơn hẳn. Tầm quét của radar là 15 m phía trước xe, còn tầm quan sát của camera là
5,5m. Một trong những ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng camera là có thể phát hiện
được các xe đang đứng yên.

Hình 1.4. Hệ thống xác định chướng ngại vật gần của Volvo
Hệ thống cảnh báo mới của Volvo - Auto Brake- trước tiên sẽ“nhắc nhở” tài xế
về nguy cơ va chạm và chuẩn bị sẵn sàng phanh. Lúc này, đèn cảnh báo màu đỏ sẽ
chớp sáng trên màn hình chiếu thẳng lên kính chắn gió trước, đồng thời sẽ có còi cảnh
báo. Nếu tài xế không phanh, trong khi bộ cảm biến phát hiện nguy cơ va chạm tức
thời, hệ thống sẽ tự động kích hoạt phanh. Auto Brake được thiết kế nhằm hạn chế tốc
độ xe nếu va chạm, từ đó giảm nguy cơ chấn thương cho người ngồi trên cả hai xe.
Tuy nhiên, có một hạn chế là độ nhạy của hệ thống sẽ bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời
tiết và ánh sáng trên đường.
1.2.3. Hệ thống quan sát điểm mù của Ford
Ford đã giới thiệu hai công nghệ mới nhất để hỗ trợ cho lái xe quan sát các
điểm mù là “Gương quan sát điểm mù” (Blind Spot Mirror) và hệ thống giám sát điểm
mù (Blind-Spot Monitoring System). Với những tiện ích của các công nghệ mới này
Ford dự định sẽ cho tích hợp ngay trên những model của năm 2009 này.

Hình 1.5. Gương quan sát điểm mù của Ford

14


Gương quan sát điểm mù (Blind Spot Mirror): Thực ra đây là một giải pháp rất
đơn giản và ít tốn kém nhất để giúp lái xe quan sát phía sau, trên gương chiếu hậu bên
ngoài xe gắn thêm một gương cầu lồi nhỏ ở góc trên của gương thông thường, gương
cầu lồi nhỏ này sẽ giúp cho lái xe quan sát được những chiếc xe hoặc vật thể đang nằm
ở vị trí được coi là “điểm mù” (mà gương thông thường không quan sát được) để giúp
lái xe có những xử lý thích hợp.
Mặc dù đây là một giải pháp rất đơn giản để hỗ trợ lái xe nhưng theo những
nghiên cứu về thị trường của Ford, hơn 70% khách cho biết họ cảm thấy tự tin hơn khi
lái những chiếc xe lắp loại gương này. Bên cạnh gương quan sát điểm mù thì Ford còn

trang bịthêm hệthống "Cross Traffic Alert", hệ thống này sử dụng rada được gắn ở hai
bên thân xe và phía sau xe để hỗ trợ lái xe khi đi vào bãi đỗ xe.
Nhờ sự kết hợp của các hệ thống giúp lái xe có thể nhận biết được các vật thể
trong một phạm vi rất rộng. Những rada này có tầm hoạt động rất rộng, nó có thểphát
hiện ra những vật thể nằm cách chiếc xe ở khoảng cách lên tới 19,8 m. Khi phát hiện
ra có vật thể hoặc một chiếc xe khác đang áp sát trong phạm vi này hệ thống sẽ đưa ra
cảnh báo tới lái xe bằng cách: làm sáng đèn nhỏ ởtrên gương chiếu hậu đồng thời đưa
ra cả âm thanh để cảnh báo, chính điều này làm cho lái xe dù không thật sự tập trung
nhưng vẫn có thể nhận ra được.

Hình 1.6. Hệ thống an toàn thông minh của FORD
Ford cho biết những công nghệ này sẽ được tích hợp đồng thời trên các model
của Ford, Lincoln và Mercury giống như một thiết bị tiêu chuẩn và những thiết bị này
sẽ kết hợp cùng với những hệ thống an toàn khác trên xe của Ford như Ford"s Personal
Safety Systemvà Space Architecture để giúp nâng cao tính tiện nghi và an toàn cho
người lái.

1.3.Giới thiệu về cảm biến đo khoảng cách
1.3.1 .Giới thiệu
Các cảm biến này được sử dụng để đo khoảng cách từ một điểm tham chiếu tới
một đối tượng. Rất nhiều công nghệ khác nhau đã được ứng dụng để phát triển các loại
15


cảm biến này, tiêu biểu là ánh sáng quang học, hình ảnh, vi sóng, và siêu âm.Cảm biến
đo khoảng cách có thể phân thành 2 loại: Tiếp xúc và không tiếp xúc.
1.3.2.Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc
Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc là loại cảm biến đo khoảng cách thực
từ điểm tham chiếu tới một đối tượng không thông qua tiếp xúc vật lý. Có ít nhất bảy
kỹ thuật đo khác nhau đươc áp dụng trên các cảm biến này:

•
•
•
•
•
•
•

Đo tam giác
Thời gian truyền
Đo dịch pha
Điều biến tần số
Giao thoa
Hội tụ quét
Cường độ tín hiệu trả về

Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc được phân chia thành hai loại: chủ
động (phát một số dạng năng lượng vào khu vực quan tâm) hoặc thụ động (dựa trên
năng lượng phát ra từ các đối tượng trong khu vực quan tâm). Các thuật ngữ thường
được sử dụng như radar (radio direction and ranging), sonar (sound navigation and
ranging), và lidar (light direction andranging) tương ứng với các phương pháp chủ
động dựa trên một số kỹ thuật đo ở trên. Ví dụ, radar sử dụng kỹ thuật thời gian
truyền, đo dịch pha, hoặc điều biến tần số. Sonar thường sử dụng kỹ thuật thời gian
truyền do tốc độ âm thanh đủ chậm để đo bằng các thiết bị điện tử có giá thành thấp.
Lidar thường dựa trên cơ sở kĩ thuật laser sử dụng phép đo thời gian truyền hoặcđo
dịch pha.
Với các loại cảm biến tích cực (phản xạ), khoảng cách đo hiệu quả phụ thuộc
không chỉ vào mức năng lượng phát ra mà còn phụ thuộc vào các đặc tính sau của đối
tượng:
• Diện tích tiết diện ngang - xác định lượng năng lượng phát ra tác động vào đối

tượng.
• Hệ số phản xạ- xác định lượng năng lượng truyền tới được phản xạ so với
lượng năng lượng bị hấp thụ hoặcxuyên qua.
• Độ tập trung - xác định khả năng phân bố lại của năng lượng phản xạ.
Rất nhiều cảm biến không tiếp xúc hoạt động dựa trên vật lý học truyền sóng.
Sóng được phát ra tại một điểm tham chiếu,khoảng cách được xác định bằng cách đo
thời gian truyền từ điểm tham chiếu tới vật hoặc độ suy giảm của cường độ khisóng
truyền tới vật và quay trở lại điểm tham chiếu. Thời gian truyền sóng được đo bằng
phương pháp thời gian truyền hoặcđiều biến tần số.

16


1.3.3.Đo khoảng cách bằng phương pháp thời gian truyền
Phương pháp thời gian truyền được minh họa trong hình 1 và 2. Một sóng cửa
(chỉ phát ra vài chu kỳ) được phát ra và phản xạ từ vật về bộ thu có vị trí gần bộ phát.
Bộ phát và bộ thu có thể được tích hợp trên cùng một cảm biến. Bộ thu cũng có thể
được gắn trên vật. TOF là thời gian từ khi bắt đầu phát đến khi có tín hiệu trả về.
Khoảng cách được xác định bằng công thức: d = c.TOF/2 khi bộ phát và bộ thu ở cùng
một vị trí, hoặc d = c.TOF khi bộ thu được gắn trên vật. Độ chính xác thường là 1/4
của bước sóng khi phát hiện tín hiệu trả về, tại thời điểm biên độ của nó tiến tới
ngưỡng giới hạn. Hệ số khuếch đại được tự động tăng lên tương ứng với khoảng cách
để đảm bảo độ chính xác. Độ chính xác có thể được cải thiện bằng phương pháp dò
biên độ cực đại (hình 3). Điều này làm cho việc xác định thời gian đến của sóng ít phụ
thuộc vào biên độ tín hiệu. Siêu âm, sóng rađiô, hoặc các nguồn năng lượng quang học
thường được sử dụng; vì vậy các thông số liên quan đến việc tính toán khoảng cách là
tốc độ của âm thanh trong không khí (gần 0.305 m/ms), và tốc độ của ánh sáng
(0.305m/ns)

Hình1.7 Sóng được phát và phản xạ lại từ vật.

Khoảng cách d được tính theo tốc độ truyền song c, và thời gian truyền song
TOF theo công thức:
d=(1/2).cTOF

Hình 1.8 Định nghĩa thời gian truyền sóng

17


Hình 1.9 TOF tính theo biên độ lớn nhất của tín hiệu phản xạ để tăng độ chính xác
Sai số của phương pháp thời gian truyền có thể do các nguyên nhân sau:
• Sự thay đổi tốc độ truyền sóng, đặc biệt là với các hệ thống âm thanh
• Không xác định chính xác được thời gian đến của xung phản xạ (Figueroa &
Lamancusa, 1992)
• Sai số của mạch định thời sử dụng để đo thời gian truyền
• Sự tương tác của sóng tới với bề mặt của đối tượng cần đo khoảng cách
1.3.3.1. Tốc độ truyền
Trong hầu hết các ứng dụng, sự thay đổi tốc độ truyền của năng lượng điện từ
là không quan trọng và có thể bỏ qua, ngoại trừ các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh.
Tuy nhiên, nhận định trên là không đúng đối với các hệ thống sử dụng âm thanh,
nguyên nhân là do tốc độ của âm thanh chịu ảnh hưởng rõ rệt của sự thay đổi nhiệt độ
và độ ẩm. (Tốc độ của âm thanh tỉ lệ với căn bậc hai của nhiệt độ Rankine; nếu nhiệt
độ của môi trường thay đổi 300 thì sai số đo sẽ là 1ft ứng vớikhoảng cách đo là 35 ft.)
1.3.3.2. Độ bất định
Còn được gọi là các sai số bước thời gian (time-walk error) gây ra do sự thay
đổi cường độ tín hiệu trả về(là kết quả của (1) sự thay đổi độ phản xạ bề mặt của vật,
và (2) sự suy giảm tín hiệu theo lũy thừa bậc bốn của khoảng cách do sự phân kì hình
cầu). Sự khác biệt trong mật độ tín hiệu trả về tác động tới thời gian tăng (là thời gian
để tín hiệu tăng từ10% đến 90% giá trị biên độ cực đại) của xung dò được, và trong
trường hợp dò có ngưỡng giới hạn cố định thì những vật có độ phản xạ thấp sẽ xuất

hiện với khoảng cách xa hơn (Lang, 1989). Vì lý do này, các bộ phân tách hằng số thời
gian thường được dùng để thiết lập ngưỡng dò tại một số giá trị xác định, các giá trị
này tính theo giá trị đỉnh của xung nhận được,(Vuylsteke, 1990; Figueroa & Doussis,
1993).
1.3.3.3. Định thời
Tốc độ của âm thanh trong không khí là tương đối thấp. Đây là một đặc điểm
khiến TOF trở thành ưu thếtrong các hệ thống âm thanh giá thành thấp. Ngược lại, tốc
độ truyền dẫn của năng lượng điện từ có thể đặt ra một vài yêucầu cho các mạch đo
lường và điều khiển phối hợp trong các ứng dụng quang học hoặc tần số rađiô. Do đó,
18


các cảm biếnTOF dựa trên tốc độ của ánh sáng cần mạch định thời ở mức nano giây để
đo khoảng cách với độ phân giải khoảng một foot(Koenigsburg, 1982). Đặc biệt hơn,
để có được độ phân giải 1mm thì độ chính xác của mạch định thời phải là 3ps
(Vuylsteke,1990). Giải pháp này có giá thành cao hơn một chút và có thể không đạt
hiệu quả kinh tế với một số ứng dụng, ngoại trừtrong các ứng dụng có phạm vi nhỏ
nhưng yêu cầu độ chính xác cao.
1.3.3.4. Tương tác bề mặt
Khi ánh sáng, âm thanh, hoặc sóng rađiô tác động vào đối tượng, tín hiệu phản
hồi đo được chỉ thể hiện một phần nhỏ của tín hiệu ban đầu. Năng lượng còn lại phản
xạ theo các hướng khác nhau và có thể được hấp thụ hoặc đi xuyên qua đối tượng, phụ
thuộc vào đặc tính bề mặt và góc tới của chùm sóng. Ví dụ, có thể không nhận được
tín hiệu trả về do sự phản xạ tại bề mặt đối tượng, đặc biệt là trong vùng siêu âm của
phổ năng lượng. Nếu góc tiếp cận của nguồn phát tín hiệu bằng hoặc lớn hơn một giá
trị ngưỡng nào đó thì năng lượng phản xạ sẽ bị lệch hướng ra ngoài vùng cảm biến của
bộ nhận. Tín hiệu rời rạc có thể phản xạ từ những đối tượng thứ cấp (không phải là đối
tượng quan tâm), quay trở lại bộ dò tại những thời điểm khác nhau gây ra những tín
hiệu sai hay còn gọi là dữ liệu nhiễu. Để bù sai số, người ta thường lấy giá trị trung
bình của nhiều phép đo lặp lại sao cho chất lượng tín hiệu (tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu) ở

mức chấp nhận được. Tuy nhiên, để xác định khoảng giá trị này sẽ mất nhiều thời gian
hơn.
1.3.3.5. Hệ thống TOF siêu âm
Phương pháp đo khoảng cách TOF siêu âm hiện nay là kĩ thuật đo không tiếp
xúc phổ biến nhất, chủ yếu là do các hệ thống giá thành thấp sẵn có và dễ dàng ghép
nối. Trong một vài thập kỉ trước, nhiều nghiên cứu đã áp dụng cho robot di động để
tránh va chạm, tính toán vị trí và phát hiện chuyển động. Một vài nhà nghiên cứu đã
đánh giá sự hiệu quả của cảm biếnsiêu âm khi hoạt động trong các môi trường bên
ngoài(Pletta,1992;Langer & Thorpe,1992; Pin &Watanabe, 1993;Hammond, 1994).
Trong công nghiệp ô tô, BMW kết hợp bốn bộ chuyển đổi áp điện (gắn trên một
màng để bảo vệ môi trường) trên cả tấm bảo vệ mặt trước và mặt sau trong hệ thống
điều khiển khoảng cách (Siuru, 1994).
Mô đun đo khoảng cách Polaroi là một thiết bị TOF loại tích cực, được thiết kế
cho bộ phận tự hội tụ của camera và xác định khoảng cách tới đối tượng bằng cách đo
thời gian từ thời điểm truyền đi một sóng siêu âm cho đến khi nhận được tín hiệu phản
hồi (Biber, 1980). Có thể nói rằng sự phát triển đáng kể của loại cảm biến này là do
những tác động của nó đến cộng đồng nghiên cứu robot và các ứng dụng công nghiệp.
Hệ thống này được được giới thiệu nhiều nhất ở các tài liệu sau(Koenigsburg,
1982; Moravec & Elfes, 1985; Everett, 1985; Kim, 1986; Arkin,1989; Borenstein &
19


Koren, 1990). Với nhữngđặc tính đặc trưng cho các thiết bị đo khoảng cách, Polaroid
trở nên phổ biến nhờ giá thành thấp (cả bộ chuyển đổi và mạchđo khoảng cách
Polaroid có giá thấp hơn 50$), và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền
thống như cảm biến hộitụ tự động của camera (camera auto-focus sensor).
Cấu hình cơ bản nhất bao gồm hai thành phần chính: (1) bộ chuyển đổi siêu âm,
và (2) mô đun điện tử đo khoảng cách.Hiện nay có rất nhiều loại chuyển đổi để lựa
chọn. Ở phiên bản đầu tiên của thiết bị tĩnh điện (hình 19.64), một màng kimloại rất
mỏng được gắn trên một tấm che phía sau tạo thành bộ chuyển đổi điện dung

(Polaroid, 1981). Một bộ chuyển đổitĩnh điện có đường kính nhỏ hơn (7000-series)
cũng được phát triển cho các camera Polaroid Spectra (Polaroid, 1987). Một bộ
chuyển đổi áp điện có thiết kế bền vững (sêri 9000), dùng cho các ứng dụng trong môi
trường nóng, lạnh, dưới trời mưa,sương muối, và dao động. Loại chuyển đổi này được
dùng trong các xe tải hạng nặng. Dải đo của hệ thống Polaroid là từ 0.3m (1ft) tới 10.5
m (35ft). Một chu kỳ hoạt động điển hình như sau:
• Mạch điều khiển kích hoạt bộ chuyển đổi và chờ dấu hiệu báo việc truyền đã
bắt đầu.
• Bộ nhận được để trống trong một chu kì ngắn để tránh lỗi dò sai do tín hiệu
truyền còn dư trong bộ chuyển đổi.
• Khuếch đại tín hiệu thu được với hệ số tăng dần theo thời gian để bù lại sự suy
giảm mật độ âm theo khoảng cách.
• Những tín hiệu phản hồi có giá trị lớn hơn một ngưỡng cho trước được ghi lại
và khoảng cách liên kết được tính từ khoảng thời gian đã trôi qua.

Hình 1.11 Giản đồ thời gian cho mô đun
Hình 1.10 Từ trái sang phải:(1)bộ
đo khoảng cách siêu âm 6500-series thực
chuyển đổi tĩnh điện phiên bản đầu tiên,
hiện vòng lặp chế độ nhiều xung phảnhồi
(2) bộ chuyển đổi môi trường sêri 9000,
với đầu vào blanking
và (3) bộ chuyển đổi tĩnh điện sêri 7000 .
Trong chế độ phản hồi đơn của mô đun 6500-series, đường blank (BLNK) và
blank-inhibit (BINH) được giữ ở mức thấp khi đường initiate (INIT) chuyển lên mức
20


cao để kích dãy xung phát ra. Tín hiệu internal blanking (BLANKING) tự động
chuyển lên mức cao trong 2.38 ms để ngăn ngừa bộ chuyển đổi rung do việc hiểu sai

nó là xung phản hồi. Mỗi khi có tín hiệutrả về hợp lệ, đầu ra phản hồi (ECHO) sẽ giữ ở
mức cao cho đến khi được xác lập lại nhờ việc chuyển đầu INIT từ mức cao xuống
mức thấp. Đối với quá trình phải xử lý nhiều phản hồi, đầu vào blank (BLANK) phải
được giữ ở mức cao trong ít nhất0.44 ms sau khi phát hiện tín hiệu trả về đầu tiên để
xác lập lại đầu ra phản hồi cho lần trả về tiếp theo như biểu diễn trong hình 19.65
(Polaroid, 1990)
1.3.3.6. Hệthống TOF sử dụng laze
Hệ thống đo khoảng cách TOF sử dụng laze, còn được biết đến với rađa laze
hay lidar, lần đầu tiên xuất hiện tại phòng thí nghiệm Jet Propulsion, Pasadena, CA,
trong những năm 1970 (Lewis & Johnson, 1977). Năng lượng laze được phát ra dưới
dạng những xung ngắn tốc độ cao hướng tới đối tượng cần đo khoảng cách. Thời gian
truyền của một xung đã phản xạ từ đối tượng được sử dụng để tính khoảng cách tới đối
tượng dựa trên tốc độ ánh sáng. Độ chính xác của những cảm biến thế hệ đầu của loại
này có thể đạt tới vài centimet với khoảng cách đo từ 1 đến 5 m ( NASA, 1977,
Depkovich & Wolfe, 1984).
Công ty Schwartz Electro-Optics (bang Orlando, Mỹ) đã sản xuất nhiều hệ
thống đo khoảng cáchTOF sử dụng laze, các hệ thống này sử dụng một kỹ thuật mới
để biến đối từ thời gian sang biên độ nhằm thỏa mãn mức thời gian cỡ nano giây yêu
cầu bởi tốc độ ánh sáng. Khi laze được phát ra, một tụ màng có độ chính xác cao bắt
đầu phóng điện từ một giá trị cho trước với tốc độ cố định. Lượng điện năng phóng ra
tỉ lệ với thời gian tính từ khi tín hiệu được phát ra, phản xạ tại vật và quay về bộ thu
(Gustavson & Davis, 1992). Điện áp trên tụ được biến đổi từ dạng tương tự sang dạng
số ngay tại thời điểm bộ thu nhận được tín hiệu phản hồi. Sau đó, giá trị điện áp được
biến đổi thành khoảng cách và bước thời gian, và được hiệu chỉnh bằng cách tra bảng.

Hình 1.12 Thiết bị đo khoảng cách
LRF – 200 series

Hình 1.13 Thiết bị đo khoảng cách laze sêri
LD90-3Loại-1

Các thiết bị đo khoảng cách LRF -X (hình6) có kích cỡ nhỏ gọn, tốc độ xử lý
cao, và có khả năng đo được khoảngcách lên tới 100m từ hầu hết các bề mặt (hệ số
21


phản xạ Lambertian nhỏ nhất là 10%). Một hệ thống LRF -X cơ bản sử dụngmột điốt
laze InGaAs dạng xung kết hợp với bộ dò nhiều điốt quang, cung cấp cả đầu ra số
(RS232) và tương tự.RIEGL Laser Measurement Systems, Horn, Austria, đã đưa ra thị
trường rất nhiều sản phẩm sử dụng thiết bị đo khoảng cách laze TOF xung ngắn (như
hệ thống quan trắc, cảm biến đo mức). Các ứng dụng điển hình bao gồm: các thiết bị
đo độcao lidar, giám sát tốc độ xe, chống va chạm cho xe, và đo mức trong các xilô
chứa.Các thiết bị đo khoảng cách laze họ RIEGL LD90-3 (hình7) sử dụng nguồn điốt
laze gần hồng ngoại và một bộ dòđiốt quang để thực hiện kỹ thuật đo khoảng cách
TOF tới 500m với các bề mặt khuyếch tán, và trên 1000m với trường hợp cónhiều vật.
Thời gian truyền tính từ khi tín hiệu được phát ra cho đến khi phản hồi về bộ thu được
đo chính xác bởi một đồng hồ thạch anh và được biến đổi thành khoảng cách bởi một
bộ vi xử lý ở bên trong, sử dụng một trong hai thuật toán đã có.Thuật toán triệt tiếng
ồn kết hợp phương pháp lấy trung bình các phép đo và kĩ thuật khử nhiễu để loại bỏ
hiện tượng lệchhướng của các hạt trong không gian, và vì vậy rất hiệu quả khi hoạt
động dưới điều kiện bất lợi về ánh sáng (Riegel, 1994). Ngược lại, thuật toán đo chuẩn
cho phép đo khoảng cách với tốc độ cao mà không quan tâm đến việc khử nhiễu, và do
đó có tốc độ cập nhật cao trong những điều kiện môi trường thuận lợi hơn.
Độ chính xác đo trong trường hợp xấu nhất là khoảng cách ±5 cm, thông thường độ
chính xác là ±2 cm. Nguồn laze gần hồng ngoại dạng xung là loại an toàn Loại-1 cho
mắt dưới mọi điều kiện hoạt động.
1.3.4.Cảm biến khoảng cách vi sóng

Hình 1.14. Cảm biến vi sóng,không giống như các bộ dò chuyển động, cần một bộ
phát và một bộ nhận riêng biệt (nguồn:Williams, 1989)
Công nghệ vi sóng có thể được sử dụng để đo chuyển động, tốc độ, khoảng

cách, và hướng chuyển động (hình8). Các cảm biến loại này rất bền do chúng không
chứa các bộ phận chuyển động. Chúng có thể hoạt động an toàn trong các môitrường
dễ cháy nổ do mức năng lượng sử dụng rất thấp. Cảm biến khoảng cách loại vi sóng
hoạt động trong điều kiện nhiệtđộ từ -55 0C đến +1250C, môi trường khói, bụi, khí độc,
và phóng xạ. Các cảm biến vi sóng thông thường được sử dụng để đo khoảng cách từ
25 đến 45000 mm, nhưng cũng có thể đo xa hơn tùy thuộc vào năng lượng và kích
22


thước đối tượng. Nănglượng phản xạ về bộ thu bị suy giảm theo lũy thừa bậc bốn của
khoảng cách tới đối tượng. Bước sóng thông thường là từ 1đến 1000 mm.
Thời gian truyền sóng (truyền tới vật và phản xạ về cảm biến) là khoảng 2 ns
trên một foot hay 10.56 ms trên một dặm.Khi đo các khoảng cách ngắn có thể gặp phải
một vấn đề, đó là với độ phân giải 1 inch thì mạch phải phân giải 167 ps. Một phương
pháp khác phù hợp hơn được dùng để đo các khoảng cách ngắn là dựa trên một tần số
quét của bộ phát tín hiệu.Trong trường hợp này, tín hiệu trả về vẫn giữ nguyên tần số
khởi tạo (thường là 10.525 GHz), và được so sánh với tần số hiệntại bị thay đổi bởi tốc
độ quét. Ví dụ, để đo khoảng cách 3ft, có thể quét ở 5 MHz/ ms. Sau 6 ns, tần số thay
đổi thành 30 Hz(6 ns * 5 MHz/0.001 s). Trong trường hợp này có thể đo được khoảng
cách 0.0256 mm (0.001 inch) một cách dễ dàng. Khi sử dụng phương pháp này, cần có
một bộ khuyếch đại tín hiệu với hệ số khuyếch đại tăng cùng với tần số.

23


CHƯƠNG II.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

2.1.Cơ sở lựa chọn linh kiện
Cảm biến khoảng cách E18-D80NK có thể phát hiện vật cản từ khoảng cách 380cm và dòng tiêu thj khoảng 25mA
- Vi điều khiển 89c51 dùng để điều khiểm hoạt động của mạch dòng tiêu thụ

khoảng 70mA
- LED báo nguồn dòng tiêu thụ khoảng 10mA
- Loa báo động dòng tiêu thụ khoảng 50mA
Vậy tổng dòng điện tiêu thụ trong mạch <1A vậy nên chúng e sử dụng ic 7805
để ổn định dòng và áp cho mạch

2.2.Tính toán linh kiện
2.2.1.Vi điều khiển 8051
AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng
cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only
memory).
Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:
- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ
- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz
- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
- 2 bộ Timer/Counter 16 bit
- 128 Byte RAM nội
- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit
- Giao tiếp nối tiếp
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
- 4μs cho hoạt động nhân hoặc chia

24


2.2.1.1. Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51

Hình 2.1 : Sơ đồ chân của AT89C51
2.2.1.2. Chức năng các chân của AT89C51

Hình 2.2 : Port 0
25