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


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
I2C : Inter-Intergrated Circuit
IC : integrated circuit
DC : Direct Current
SPI : Serial Peripheral Bus



ĐỒ ÁN 2
Trang 6 / 26

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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 7 / 26

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 có
tính 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.

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 8 / 26

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 áp
đầu ra với dòng điện lên đến 1A.

Hình 6 IC 7805

Relays: là một công tắc chạy bằng điện.

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 9 / 26

Hình 7 Relay
1.2 Cảm biến và LCD:
SRF05 ( cảm biến siêu âm):

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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 10 / 26

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
Góc quét: 15 độ
Khoảng cách phát hiện: 2 450 (cm)
Tín hiệu:TTL
Độ cao: 0.2 Cm

Chức năng các chân:

1. Vcc: cấp nguồn 5V DC cho cảm biến hoạt động
2. Gnd: chân nối đất
3. Trigger:chân phát sóng siêu âm (ở mode 1), vừa là chân phát sóng siêu âm
vừa là chân thu tín hiệu khi sóng siêu âm phản xạ lại(ở mode 2)
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 lại

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 11 / 26

sóng 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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 12 / 26

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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 13 / 26

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 kết
nối 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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế

ĐỒ ÁN 2
Trang 14 / 26

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:

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 15 / 26

Hình 12 Các khối chức năng bên trong PIC 16F877A
Timer 0: bộ đếm 8 bit.
Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết
kiệm năng lượng với nguồn xung clock ngoài.
Timer 2: bộ đếm 8 bit.
2 bộ Capture/Compare/PWM.
1 bộ biến đổi Analog, Digital 10 bit, 8 ngõ vào.
2 bộ so sánh tương tự (Compartor).

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 16 / 26

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.

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế

ĐỒ ÁN 2
Trang 17 / 26

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 phát
cảnh 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 .

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 18 / 26

2.2 Sơ đồ mạch:
Mạch in:

Hình 14 Mạch in

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 19 / 26

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.

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 20 / 26

CHƯƠNG 3
THỰC THI PHẦN CỨNG
3.1 Lưu đồ mô tả thực thi:

Hình 16 Lưu đồ mô tả thực thi

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 21 / 26

Giải thích lưu đồ:
Bắt đầu cấp nguồn cho mạch, cảm biến làm việc nhận tín hiệu chuyển về Vi điều
khiển, Vi điều khiển nhận tín hiệu song song chương trình trong Vi điều khiển chạy
so sánh và mã hóa tín hiệu nhận được. Vi điều khiển mã hóa tín hiệu để hiển thị
không cần so sánh hiện thị mội giá trị đo đươc đến khi Vi điều khiển không mã hóa
được ( do cảm biến không chuyển tín hiệu về VD: cảm biến khoảng cách trong
khảng cách nhỏ hơn 400cm). Vi điều khiển bắt đầu chạy chương trình được cài vào
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 lại
bước 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

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 22 / 26

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:

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 23 / 26

Tích hợp thêm hệ thống camera phía sau để đậu xe an toàn, phát triển thêm hệ thống
định 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: />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 quốc
gia thành phố hồ chí minh.

PHỤ LỤC

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 24 / 26

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế


ĐỒ ÁN 2
Trang 25 / 26

Hệ Thống An Toàn Cho Tài xế