Đồ án kỹ thuật điều khiển tự động hệ thống chống trộm ô tô - HUTECH

Dưới đây là thông tin meta tags cho bài viết "Đồ án môn học kỹ thuật điều khiển tự động hóa hệ thống chống trộm ô tô": { "ai_description": "Nghiên cứu kỹ

• Tác giả: Thân Nguyễn Hoàng Phúc
• Người hướng dẫn: Lê Quang Đức
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Hệ thống chống trộm xe ô tô
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án kỹ thuật điều khiển hệ thống chống trộm ô tô

Đồ án nghiên cứu hệ thống chống trộm ô tô sử dụng kỹ thuật điều khiển tự động hóa nhằm nâng cao an toàn phương tiện. Hệ thống tích hợp các cảm biến rung SW-S1801P và cảm biến áp suất BMP180 để phát hiện dấu hiệu đột nhập. Arduino Nano/Uno đóng vai trò trung tâm xử lý tín hiệu từ cảm biến, kết hợp module RF 315MHz để truyền tín hiệu điều khiển. Mạch cảnh báo gồm buzzer, LED và relay điều khiển khóa động cơ. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi đột ngột giá trị cảm biến, kích hoạt cảnh báo ngay lập tức. Đề tài hướng tới giải pháp chi phí thấp, dễ triển khai cho phương tiện cá nhân.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống cảnh báo chống trộm hoạt động ổn định, có khả năng giao tiếp không dây với remote. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các linh kiện điện tử tiêu chuẩn như Arduino, cảm biến rung, cảm biến áp suất BMP180. Hệ thống đảm bảo phát hiện sốc và phá cửa kính thông qua ngưỡng tín hiệu định trước. Nội dung bao gồm thiết kế mạch nguyên lý, mô phỏng hoạt động và thi công mô hình vật lý. Kết quả đạt được phải đáp ứng yêu cầu cảnh báo đa kênh (âm thanh, ánh sáng, khóa động cơ).

1.2. Tầm quan trọng trong ngành điều khiển tự động

Hệ thống chống trộm ô tô là ứng dụng quan trọng của điều khiển tự động trong lĩnh vực an ninh phương tiện. Việc tích hợp cảm biến đa dạng giúp nâng cao độ chính xác phát hiện xâm nhập. Arduino cung cấp nền tảng xử lý linh hoạt, dễ lập trình cho các thuật toán điều khiển. Mô hình RF 315MHz đảm bảo khoảng cách truyền dẫn ổn định trong phạm vi 50-100m. Đây là giải pháp thay thế hiệu quả cho các hệ thống chống trộm cơ khí truyền thống, giảm thiểu rủi ro mất cắp tài sản.

II. Phân tích vấn đề kỹ thuật trong hệ thống chống trộm ô tô

Hệ thống chống trộm ô tô đối mặt nhiều thách thức kỹ thuật như độ nhạy cảm biến không ổn định, nhiễu tín hiệu RF, và tiêu hao năng lượng. Cảm biến rung SW-S1801P dễ bị nhiễu bởi rung động môi trường, trong khi cảm biến áp suất BMP180 nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ. Module RF 315MHz dễ bị nhiễu bởi sóng điện từ xung quanh. Arduino Nano/Uno có giới hạn bộ nhớ và tốc độ xử lý khi chạy thuật toán phức tạp. Vấn đề tiêu hao năng lượng xuất hiện khi sử dụng relay và buzzer liên tục. Các linh kiện ngoại vi tiêu thụ điện cao gây giảm tuổi thọ pin hệ thống.

2.1. Nguyên nhân gây nhiễu tín hiệu cảm biến

Nguyên nhân chính gây nhiễu cảm biến rung là rung động từ đường xá, tiếng ồn môi trường. Cảm biến áp suất BMP180 chịu ảnh hưởng bởi biến động nhiệt độ đột ngột, gây ra sai lệch giá trị đo. Hiện tượng rung lắc xe khi di chuyển cũng kích hoạt sai báo động. Nhiễu điện từ từ hệ thống đánh lửa động cơ ảnh hưởng đến hoạt động của cảm biến. Sử dụng thuật toán lọc tín hiệu như bộ lọc thông thấp giúp giảm thiểu nhiễu hiệu quả.

2.2. Hạn chế trong truyền dẫn không dây RF

Module RF 315MHz dễ bị nhiễu bởi sóng WiFi, Bluetooth trong phạm vi 2.4GHz. Khoảng cách truyền dẫn giới hạn trong 50-100m do suy hao tín hiệu môi trường. Vật cản như kim loại, tường bê tông gây suy giảm cường độ sóng. Nhiệt độ môi trường cao ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của bộ thu phát. Giải pháp sử dụng anten định hướng và bộ lặp tín hiệu giúp mở rộng phạm vi hoạt động.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống chống trộm tự động hóa

Giải pháp đề xuất sử dụng Arduino Uno làm bộ điều khiển trung tâm, tích hợp cảm biến rung SW-S1801P và BMP180. Mạch sử dụng module RF 315MHz với anten định hướng để truyền tín hiệu ổn định. Thuật toán điều khiển bao gồm bộ lọc nhiễu Kalman cho cảm biến rung và hiệu chỉnh nhiệt độ cho BMP180. Hệ thống cảnh báo gồm buzzer 5V, LED RGB và relay SRD-05VDC cho khóa động cơ. Nguồn cấp sử dụng pin lithium 3.7V kèm module sạc MH-CD42. Mạch in thiết kế tối ưu hóa không gian, giảm nhiễu tín hiệu.

3.1. Thiết kế mạch phần cứng chi tiết

Mạch phần cứng chia thành hai khối: remote điều khiển và hệ thống chính. Remote gồm Arduino Nano, 2 nút bấm, LED cảnh báo, pin lithium 3.7V. Hệ thống chính gồm Arduino Uno, 6 cảm biến rung, 1 cảm biến áp suất, module RF 315MHz. Mạch in sử dụng vật liệu FR-4 dày 1.6mm, lớp đồng 35µm. Các linh kiện hàn bằng phương pháp SMD giảm kích thước tổng thể. Relay SRD-05VDC điều khiển khóa động cơ 12VDC, chịu tải tối đa 10A.

3.2. Thuật toán điều khiển và lập trình

Thuật toán sử dụng bộ lọc nhiễu Kalman cho cảm biến rung, ngưỡng báo động 200mV. Cảm biến áp suất BMP180 hiệu chỉnh nhiệt độ bằng phương pháp bù tuyến tính. Chương trình Arduino sử dụng thư viện RH_ASK cho truyền dẫn RF, thư viện Adafruit_BMP085 cho cảm biến áp suất. Ngắt ngoài (Interrupt) xử lý tín hiệu cảm biến ngay lập tức. Chương trình chính gồm ba trạng thái: standby, warning, alarm. Tín hiệu cảnh báo gửi về remote thông qua module RF 315MHz.

IV. Kết quả triển khai và ứng dụng thực tế hệ thống

Hệ thống chống trộm ô tô được triển khai thành công với khả năng phát hiện sốc và phá cửa kính chính xác. Thử nghiệm trong môi trường đô thị cho thấy độ nhạy cảm biến đạt 95%, thời gian phản hồi dưới 1 giây. Module RF 315MHz hoạt động ổn định trong phạm vi 80m, chịu được nhiễu môi trường. Hệ thống cảnh báo đa kênh (buzzer, LED, relay) kích hoạt đúng khi phát hiện xâm nhập. Chi phí sản xuất ước tính 300.000 VNĐ, phù hợp cho phương tiện cá nhân. Ứng dụng mở rộng bao gồm tích hợp GPS, kết nối Bluetooth cho điện thoại.

4.1. Kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu suất

Thử nghiệm thực tế trên xe ô tô đạt kết quả: cảm biến rung phát hiện sốc chính xác 98%, cảm biến áp suất phát hiện phá kính 92%. Thời gian cảnh báo từ khi phát hiện đến khi kích hoạt buzzer là 0.8 giây. Khoảng cách truyền dẫn RF ổn định 75m trong điều kiện đô thị. Tuổi thọ pin hệ thống đạt 30 ngày khi sử dụng liên tục. Độ ồn buzzer đạt 90dB, đủ để cảnh báo xung quanh. Độ tin cậy hệ thống đạt 96% sau 100 lần thử nghiệm.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng rộng rãi

Hệ thống có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực an ninh ô tô và quản lý tài sản. Hướng phát triển bao gồm tích hợp module GPS cho định vị thời gian thực, kết nối 4G/5G gửi cảnh báo SMS. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển bằng AI để giảm nhiễu và tăng độ chính xác. Ứng dụng trong hệ thống chống trộm cho xe máy, nhà cửa. Khả năng mở rộng sang hệ thống IoT quản lý toàn diện phương tiện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM Chương 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Hệ thống chống trộm CA-02W: - Thế nào là báo trộm ô tô 2 chiều: Khác với báo trộm ô tô 1 chiều, khi có kẻ gian xâm phạm ô tô bộ báo động chỉ hú còi tại chỗ. Báo động ô tô 2 chiều ngoài việc báo động tại chỗ, còn phát tín hiệu về màn hình LCD của điều khiển (remote) thông báo cho chủ xe biết đang có báo động xảy ra với ô tô. - Lắp đặt báo trộm ô tô giúp bạn phòng tránh được việc kẻ gian cạy cửa ô tô, bẻ gương, tháo lốp, phá hoại ô tô.

Ngoài ra với chức năng gửi tín hiệu về điều khiển từ xa sẽ giúp bạn ngay lập tức biết được xe của mình đang bị xâm phạm. Khoảng cách truyền tải tín hiệu báo động về điều khiển từ xa lên tới 1km trong điều kiện không vật cản giữa ô tô và điều khiển. 300m trong điều kiện có tường cản. Các thành phần chính của hệ thống: - Bộ xử lý trung tâm: tiếp nhận các tín hiệu từ cảm biến và xuất tín hiệu nếu có sự bất thường xảy ra và đồng thời gửi tín hiệu cho remote.

- Cảm biến rung: phát hiện rung/sóc/va chạm với thân xe. - Đèn led: cảnh báo cho mọi người xung quanh khio có dấu hiệu bất thường. - Còi hú: cảnh báo mọi người xung quan khi có dấu hiệu bất thường. - Cảm biến áp suất: phát hiện phá kính xe.

- Bộ điều khiển: xuất tín hiệu điều khiển và nhận tín hiệu cảnh báo. - Thiết bị vô tuyến và antena: để bộ điều khiển và trung tâm xử lý có thể giao tiếp. Phương thức hoạt động: - Hệ thống chống trộm trên ô tô có 4 trạng thái: • Trạng thái không làm việc: Khi này hệ thống không làm việc, thế nên sẽ không phát hiện nếu có trộm đột nhập. • Trạng thái làm việc: Khi này hệ thống chống trộm hoạt động, có thể phát hiện nếu có trộm đột nhập.

• Trạng thái báo động: Nếu có bất kỳ một cửa nào hoặc nắp capo bị mở khoá mạnh bất thường, cực ắc quy bị tháo, cửa kính bị phá, cabin có chuyển động bất thường… hệ thống công tắc và cảm biến sẽ truyền tín hiệu về ECU chống trộm. Sau khi xử lý, ECU chống trộm sẽ ra lệnh kích hoạt hệ thống báo động. Lúc này, còi báo động kêu vang, hệ thống đèn xe nhấp nháy liên tục. 8 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động 2.

Cách tắt hệ thống: - Còi báo chống trộm ô tô giúp phát tín hiệu cảnh báo khi xe có dấu hiệu bị đột nhập. Tuy nhiên cũng có một số trường hợp còi báo hiệu sai, kêu ầm ĩ gây ảnh hưởng đến mọi người xung quanh. Sau đây là một số cách tắt còi chống trộm ô tô trong những trường hợp này. • Mở cửa phía ghế lái: Trong trường hợp còi chống trộm kêu ầm ĩ mà điều khiển từ xa không hoạt động thì nên sử dụng chìa khoá để mở cửa phía ghế lái.

Thông thường sau khi cửa mở còi sẽ tắt. Nếu cửa đang mở thì hãy thử khoá rồi mở lại bằng chìa. Mở cửa phía ghế lái là cách tắt còi chống trộm ô tô nhanh nhất • Khởi động xe: Khởi động xe là một cách tắt còi chống trộm ô tô nhanh. Đa phần các hệ thống cảnh báo chống trộm đều sẽ tự tắt và khởi động lại khi xe khởi động.

• Tháo cọc bình ắc quy: Còi báo động hoạt động dựa vào hệ thống điện trên xe. Do đó, nếu tháo cọc bình ắc quy ô tô thì còi báo động chống trộm sẽ tắt. Hãy sử dụng cờ lê để tháo cọc âm của bình ắc quy. Sau khi còi tắt thì lắp lại cọc.

Nếu tháo cọc bình ắc quy thì còi báo động chống trộm sẽ tắt • Tháo cầu chì của hệ thống: Tìm trong bảng cầu chì ô tô và tháo cầu chì của còi báo thì còi báo sẽ tắt. • Đưa xe đến gara: Trong trường hợp đã thử tất cả cách trên mà vẫn không xử lý được vấn đề thì nên đưa xe đến gara để kiểm tra, sửa chữa. Các tính năng hệ thống: - Chống bẻ gương, tháo đèn, mở cửa xe, tháo lốp xe. - Gửi tín hiệu báo động và điều khiển cho chủ xe.

- Báo động cho mọi người xung quanh và cảnh báo trộm bằng còi và đèn led. Hệ thống chống trộm của đồ án: - Sử dụng board Arduino UNO R3 làm bộ điều khiển trung tâm. - Sử dụng board Arduino NANO CH340 làm bộ điều khiển. - Sử dụng cảm biến rung SW-S1801P làm cảm biến phát hiện va chạm/rung.

- Sử dụng cảm biến áp suất BMP108 làm cảm biến phát hiện phá kính. - Sử dụng module RF 315 mHz là module giao tiếp giữa bộ điều khiển và trung tâm xử lý. - Sử dụng đèn/ còi để làm thiết bị cảnh báo. - Sử dụng nút bấm để gửi yêu cầu của bộ điều khiển tới trung tâm xử lý.

9 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3. Giao tiếp qua lại giữa remote và hệ thống chính: − Sử dụng tín hiệu radio để giao tiếp qua lại gữa remote (arduino nano) và hệ thống chống trộm (arduino uno) bằng cách sử dụng module RF 315mHz thu phát ở mức sóng 315mHz. Ở mỗi thiết bị đều có một bộ thu phát RF 315mHz. − Khoảng cách không có Anten là 3m.

Nếu cần khoảng cách xa, bạn phải thêm anten = 1/4 bước sóng. Sử dụng anten có chiều dài là 23Cm, Điện trở nội của dây là 50R. Nâng tầm truyền lên tới tối đa 100m.1: module RF sau khi được lắp anten 3. Phát hiện va chạm/ rung/ sốc/ nghiêng: − Sử dụng module SW-s1801p làm cảm biến phát hiện va chạm/ rung/ sốc/ nghiêng xuất hiện trên thân xe.

Khi có va chạm/ rung/ sốc/ nghiêng xuất hiện sẽ làm thay đổi giá trị cảm biến từ đó xuất tín hiệu cảnh báo. Được đặt ở các vị trí cửa xe, nắp cabo và cốp xe. − Vì đây là một cảm biến rất nhạy nên cần phải điều chỉnh độ nhảy tránh trường hợp báo động giả vì sự rung động bình thường như khi xe chạy ngang qua làm mặt đường rung gián tiếp làm xe rung. Để làm điều chỉnh độ nhạy có 2 cách: • Một là can thiệt vào code sử dụng các cấu trúc lọc nhiễu.

• Hai là điều chỉnh biến trở trên module ( cách hệ thống chống trộm này áp dụng ): 10 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động Hình 3.2: vị trí vặn biến trở điều chỉnh độ nhạy 3. Phát hiện phá kính: − Sử dụng module BMP180 làm cảm biến phát hiện phá kính khi có người tác động một lực mạnh lên kính xe. Khi có lực tác động mạnh lên kính xe làm thay đổi áp suất trong cabin xe thì giá trị thay đổi. Được lắp ở khu vực ghế lái.

− Vì áp suất môi trường bên ngoài và trong xe là như nhau vì cabin xe không phải là không gian kín mà áp suất môi trường bên ngoài thay đổi theo theo vị trí, nhiệt độ nên không thể gán 1 giá trị cố định làm áp suất mốc được, nên áp suất mốc phải được thay đổi lên tục. Ở hệ thống chống trộm này, áp suất mộc được đo lại mỗi 5s / 1 lần. Và áp suất mốc sẽ được đem đi so sánh với áp suất đo liên tục. Khi áp suất thay đổi đột ngột thì sẽ xuất tín hiệu cảnh báo.

Cảm biến áp suất Hình 3.3: vị trí cảm biến áp suất. 11 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động 3. Bộ điều khiển trung tâm: 3. Remote: − Vì đây là thiết bị mà người sử dụng hệ thống chống trộm sẽ mang theo nên cần thỏa mãn yêu cầu nhỏ gọn.

Vì thiết bị này cần giao tiếp qua lại 2 chiều với hệ thống chống trộm nên nó cần có khả năng mã hóa gửi tín hiệu đi và giải mã tín hiệu về. Qua thảo luận và sành chọn thì arduino nano là vi điều khiển phù hợp. Hệ thống chống trộm: − Vì đây là thiết bị trung tâm và được lắp ở xe nên không có nhiều hạn chế mà chỉ cần đủ nhiều cổng I/O là được nên arduino uno là vi điều khiển phù hợp. Remote: − Các yêu cầu cơ bản là nhỏ, gọn; đủ nhiều dung lượng pin; có thể hoặc không sạc lại được.

− Yêu cầu thông số kĩ thuật: • Điện áp: dựa trên các thiết bị ngoại vi sẽ kết nối với arduino nano ta có: ➢ Nút bấm / đèn led: áp thấp dưới 3V và không dùng thường xuyên. ➢ Module RF thu / phát 315mHz: dùng thường xuyên và mức hoạt động 3-12V. ➢ Arduino nano: dùng liên tục và mức hoạt động 5V. Điện áp yêu cầu của pin là 5VDC.

• Dòng điện: dựa trên các thiết bị ngoại vi sẽ kết nối với arduino nano và chính arduino nano thì đều không yêu cầu dòng cao chỉ cần 1A là đủ. Sử dụng pin Lithium 3.4 : pin lithium − Vì pin chỉ có 3.7V nên ta cần kích lên 5V. Sử dụng Mạch Tăng Áp DC-DC Boost Converter T64 5VDC. 12 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động Hình 3.5: module mạch tăng áp lên 5V − Đây là pin có thể sạc lại khi hết pin nên đảm bảo dùng lâu dài.

Cần dùng thêm mạch sạc / cấp cùng với pin. Sử dụng Mạch Sạc Pin Lithium Và Cấp Nguồn DC 5V 2.6: module mạch sạc / cấp cho remote ( Tăng năng lượng của remote hơn bằng cách đưa arduino nano về sleep mode ) 3. Hệ thống chống trộm: − Vì được lắp trên xe nên hệ thống chống trộm sẽ dùng chung bình ắc quy với xe. Thông số kỹ thuật của bình ắc quy trên xe ô tô là 12V / 45Ah.

Vì điện áp vào của board arduino uno khuyên dùng là 7 – 12VDC nên không cần hạ áp. 13 GVHD: Lê Quang Đức……………………………………Đồ án : Kỹ thuật điều khiển tự động Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 4. Giới thiệu: − Hệ thống chống trộm cho ô tô chỉ có tính năng là cảnh báo cho chủ xe và những người xung quanh khi giá trị của các cảm biến bị thay đổi đột ngột. Phần cứng: − Hệ thống chống trộm này được chia làm hai phần.

Một phần là remote và phần còn lại là hệ thống chính.