Đồ án ĐH SPKT: Nghiên cứu, thực hiện mô hình hệ thống chống trộm ô tô

Đồ án tốt nghiệp ngành ô tô nghiên cứu hệ thống chống trộm. Tổng hợp lý thuyết, sơ đồ mạch điện và hướng dẫn thực hiện mô hình chống trộm bằng Arduino.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Châu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Thình
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chống trộm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống chống trộm ô tô

Hệ thống chống trộm ô tô là một giải pháp bảo vệ toàn diện được thiết kế để ngăn chặn các hành vi trộm cắp và phá hoại xe tải. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào nghiên cứu lý thuyết và xây dựng mô hình thực tế của hệ thống chống trộm hiện đại. Thông qua việc phân tích các xe ô tô hàng đầu như Toyota, Mazda, Ford và Honda, các sinh viên đã hiểu rõ cơ cấu hoạt động và nguyên lý kỹ thuật. Mô hình hệ thống chống trộm không chỉ giúp bảo vệ tài sản mà còn cung cấp công cụ giáo dục quý báu cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô. Đề tài này được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Thình.

1.1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu

Tình trạng trộm cắp ô tô ngày càng gia tăng, đặc biệt tại các thành phố lớn. Hệ thống chống trộm ô tô trở thành nhu cầu thiết yếu cho các chủ sở hữu xe. Đồ án này chọn chủ đề để cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ bảo vệ xe hiện đại, từ mã hóa khóa động cơ đến định vị GPS. Sinh viên cần hiểu rõ cách hoạt động của các hệ thống bảo mật để có thể phát triển các giải pháp bảo vệ tốt hơn trong tương lai.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là xây dựng mô hình hệ thống chống trộm hoạt động thực tế với các tính năng cảnh báo và khóa động cơ. Phạm vi bao gồm nghiên cứu sơ đồ mạch điện, lập trình Arduino và tích hợp công nghệ GSM. Mô hình chống trộm sẽ trở thành công cụ hỗ trợ giảng dạy và thực hành cho sinh viên ngành ô tô.

II. Hệ thống mã hóa khóa động cơ trong ô tô

Hệ thống mã hóa khóa động cơ là thành phần then chốt trong hệ thống chống trộm ô tô hiện đại. Công nghệ này sử dụng các mã mã hóa phức tạp để chỉ cho phép khóa chính hãng của xe khởi động động cơ. Đồ án phân tích chi tiết sơ đồ mạch điện của các dòng xe như Toyota Camry, Toyota Yaris và xe Corolla để hiểu rõ cách hoạt động. Hệ thống bao gồm ECU (Electronic Control Unit), bộ khuyếch đại chìa khóa và các cảm biến bảo mật. Công nghệ Smart Key cho phép mở khóa và khởi động xe mà không cần chèn chìa khóa vật lý. Hệ thống mã hóa hai tầng cung cấp an ninh cao hơn bằng cách yêu cầu xác thực kép trước khi khởi động động cơ.

2.1. Cấu tạo và chức năng các bộ phận

Hệ thống chống trộm bao gồm cuộn dây chìa khóa thu phát tín hiệu RF (Radio Frequency), ECU khóa động cơ xử lý dữ liệu bảo mật, và công tắc cảnh báo để phát hiện mở khóa trái phép. Đèn chỉ báo an ninh nhấp nháy để cảnh báo trạng thái hệ thống. Bộ khuyếch đại khuếch đại tín hiệu yếu từ chìa khóa để tăng phạm vi điều khiển.

2.2. Nguyên lý hoạt động và an ninh

Khi người dùng bấm nút chìa khóa, tín hiệu RF được mã hóa gửi tới xe. ECU kiểm tra mã với bộ nhớ của hệ thống; nếu khớp, khóa sẽ mở hoặc khóa động cơ khởi động. Công nghệ rolling code thay đổi mã sau mỗi lần sử dụng, ngăn chặn việc nhân bản tín hiệu. Hệ thống Perfectly Keyless cho phép vào và khởi động xe hoàn toàn bằng chìa khóa thông minh.

III. Công nghệ định vị và GSM trong bảo vệ ô tô

Hệ thống chống trộm ô tô hiện đại tích hợp công nghệ định vị GPS và GSM (Global System for Mobile Communication) để theo dõi vị trí xe thời gian thực. Công nghệ GPS cung cấp tọa độ chính xác từ vệ tinh, cho phép chủ sở hữu theo dõi xe qua ứng dụng di động. Hệ thống GSM cho phép gửi cảnh báo tức thời qua tin nhắn SMS hoặc gọi điện khi phát hiện hoạt động lạ. Hệ thống định vị ô tô (Tracking System) kết hợp cả hai công nghệ này để tạo giải pháp toàn diện. AGPS (Assisted GPS) cải thiện độ chính xác bằng cách sử dụng dữ liệu từ trạm BTS (Base Transceiver Stations). GIS (Geographical Information Systems) giúp hiển thị vị trí xe trên bản đồ số.

3.1. Công nghệ GSM áp dụng trong chống trộm

Hệ thống chống trộm GSM cho phép gửi thông báo cảnh báo khi cảm biến phát hiện hoạt động trộm cắp. MSC (Mobile Service Switching Center) quản lý các kết nối và định tuyến tín hiệu. HLR (Home Location Register) lưu trữ thông tin người dùng và dữ liệu bảo mật. VLR (Visitor Location Register) theo dõi vị trí của SIM card. Chủ sở hữu nhận được thông báo lập tức nếu xe bị di chuyển hoặc cảm biến bị kích hoạt.

3.2. Hệ thống định vị và theo dõi xe

Tracking System sử dụng GPS và AGPS để xác định vị trí xe với độ chính xác cao. AVL (Automatic Vehicle Location) tự động cập nhật vị trí xe mỗi vài phút. GIS cho phép hiển thị tuyến đường di chuyển của xe trên bản đồ số, giúp chủ sở hữu phát hiện hành vi trộm cắp ngoài hành động bất thường.

IV. Mô hình hệ thống chống trộm điều khiển bằng Arduino

Mô hình hệ thống chống trộm được xây dựng bằng nền tảng Arduino là một giải pháp giáo dục hiệu quả cho sinh viên ngành ô tô. Arduino là vi điều khiển mã nguồn mở cho phép lập trình các chức năng chống trộm như phát hiện chuyển động, khóa động cơ tự động và phát cảnh báo. Mô hình bao gồm các cảm biến chuyển động, công tắc từ tính, mô đun relay để điều khiển các hệ thống khác, và loa cảnh báo. Lập trình Arduino giúp sinh viên hiểu rõ logic hoạt động của hệ thống chống trộm thông qua code C/C++. Mô hình thực tế cho phép giáo viên và sinh viên thực hành trực tiếp, kiểm tra các tính năng và khắc phục sự cố. Giải pháp này rất phù hợp với yêu cầu đào tạo kỹ thuật ô tô ứng dụng cao.

4.1. Các bộ phận chính của mô hình

Mô hình chống trộm bao gồm vi điều khiển Arduino Uno, cảm biến PIR phát hiện chuyển động, công tắc từ tính theo dõi cửa, mô đun relay điều khiển khóa động cơ, loa cảnh báo, và đèn LED báo trạng thái. Mỗi bộ phận được kết nối với Arduino thông qua pins GPIO để nhận lệnh điều khiển và gửi dữ liệu phản hồi.

4.2. Lập trình và chức năng của hệ thống

Code Arduino được viết để phát hiện chuyển động qua cảm biến PIR, kiểm tra trạng thái cửa bằng công tắc từ tính, và kích hoạt cảnh báo khi phát hiện hoạt động lạ. Chương trình có thể được mở rộng để tích hợp GSM hoặc WiFi gửi thông báo tới điện thoại chủ sở hữu. Mô hình giúp sinh viên học tập lập trình nhúng, xử lý cảm biến và điều khiển thiết bị thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay ngành công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển rất mạnh. Thế nên việc sỡ hữu một chiếc ô tô đã không còn quá khó như trước đây nữa. Tuy vậy giá trị của một chiếc ô tô vẫn còn rất đắt vì vậy mà ô tô có thể trở thành một mục tiêu của kẻ trộm.

Ở Việt Nam tuy việc ô tô bị đánh cắp là rất hiếm nhưng kẻ trộm thường hướng tới việc trộm vặt, ví dụ như gương chiếu hậu hay đập kính xe để trộm những vật dụng bên trong xe. Để bảo vệ chiếc xe cũng như những tài sản khác có trong xe, người ta đã tạo ra hệ thống chống trộm trên ô tô. Hệ thống chống trộm trên ô tô có nhiệm vụ phát hiện ra những xâm nhập trái phép vào xe hay những rung động bất thường và phát ra báo động để cảnh báo tên trộm và những người xung quanh biết. Hiện nay hệ thống chống trộm ô tô đã có rất nhiều trên thị trường, các loại xe đời mới hiện nay đều đã được trang bị đầy đủ hệ thống chống trộm.

Trong phạm vi đề tài này chúng ta sẽ có một cách tiếp cận khác về hệ thống chống trộm trên ô tô. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu Trong quá trình học tập tại trường, với những kiến thức đã được học về hệ thống điện trên ô tô, lập trình AVR và adruino, chúng em áp dụng những kiến thức đó để nghiên cứu vào những vấn đề sau: • Thiết kế mô hình hệ thống chống trộm trên ô tô • Thực hiện chế tạo mô hình hệ thống chống trộm trên ô tô sử dụng Arduino để điều khiển. Phạm vi nghiên cứu: đề tài đặt trọng tâm trong việc nghiên cứu và thiết kế ra mô hình của hệ thống chống trộm sử dụng Arduino để điều khiển. Mô hình sau khi hoàn thiện có thể áp dụng trong việc giảng dạy và nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu Trong phạm vi đề tài, chúng em sẽ sử dụng hai phương pháp chính để nghiên cứu: • Nghiên cứu lý thuyết: dựa trên những kiến thức đã có chúng em sẽ nghiên cứu thêm tài liệu về hệ thống chống trộm để làm cơ sở cho việc thực hiện mô hình và tìm hiểu thêm về cách lập trình với ngôn ngữ Arduino. • Nghiên cứu thực nghiệm: sau khi nghiên cứu lý thuyết chúng em sẽ tiến hành vào việc thực hiện mô hình để thông qua đó có thể hiểu rõ hơn về hệ thống. Phạm vi ứng dụng Mô hình hệ thống chống trộm có thể được áp dụng trong việc nghiên cứu và giảng dạy. Do đặc tính của Arduino có tính ứng dụng cao và rất dễ để học nên sẽ rất dễ dàng cho sinh viên trong việc tiếp cận với hệ thống này.

Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn nhiều hạn chế và vẫn chỉ được thiết kế dưới dạng mô hình nên nếu được áp dụng thực tế thì phải cần cải tiến thêm nữa. 2 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM TRÊN Ô TÔ 2. Hệ thống chống trộm trên ô tô 2. Khái quát Hệ thống chống trộm ô tô được thiết kế để phát hiện và phát ra chuông báo động khi có bất kỳ một cửa nào hoặc nắp đậy khoang động cơ của xe bị mở khoá mạnh bất thường hoặc cực của ắc qui bị tháo ra và sau đó được nối lại khi tất cả các cửa của xe đã được khoá.

Hệ thống báo động sẽ làm còi kêu một cách gián đoạn và nháy các đèn pha, đèn hậu và các đèn bên ngoài khác. Hệ thống báo động chỉ cho những người xung quanh xe biết xe được trang bị hệ thống chống trộm. Cấu tạo Hệ thống chống trộm có thể chia thành 3 phần chính: Cảm biến có tác dụng nhận biết các hành vi xâm nhập trái phép lên xe: • Cảm biến rung dùng trên xe tác dụng nhận biết những rung động bất thường của xe thường là do quá trình cạy cửa hay đập vỡ kính xe. • Công tắc dùng để nhận biệt trạng thái mở cửa của các cửa xe, nắp khoang động cơ, cửa hành lý 3 • Khoá điện là công tắc xác định trạng thái hoạt động của xe và truyền tín hiệu tới ECU chống trộm.1: Sơ đồ khối hệ thống chống trộm.

• Công tắc cảnh báo mở khoá bằng chìa là công tắc xác định xem chìa khoá có được tra vào ổ khoá điện hay không và truyền tín hiệu tới ECU chống trộm. • Cụm khoá cửa (công tắc vị trí). • Công tắc mở cửa khoang hành lý bằng chìa. Cơ cấu chấp hành của hệ thống chống trộm ô tô: • Các đèn bên ngoài xe và còi xe.

Đây chính là các thiết bị báo động để báo cho người xung quanh biết xe đang bị trộm. • Đèn chỉ báo an ninh là thiết bị cho biết hệ thống có ở trạng thái làm việc hay không. Hệ thống ở trạng thái hoạt động, đèn chỉ báo nháy để báo cho xung quanh biết xe được trang bị hệ thống chống trộm. 4 • Cụm khoá cửa (mô tơ): khi hệ thống đạt tới trạng thái báo động và các cửa được mở khoá, thì hệ thống tự động khoá các cửa.

Bộ xử lý trung tâm (ECU chống trộm và ECU động cơ) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống chống trộm. Nó nhận tín hiệu từ cảm biến, dựa vào các dữ liệu được lập trình sẵn trong bộ xử lý mà xử lý tính hiệu rồi phát tín hiệu cho cơ cấu chấp hành làm việc. Bộ xử lý của hệ thống chống trộm là ECU chống trộm, nó có thể được tích hợp vào ECU động cơ hoặc độc lập ở bên ngoài tùy từng dòng xe. Nguyên lý hệ thống chống trộm 2.

Các trạng thái hoạt động Có 4 trạng thái hoạt động của hệ thống chống trộm: • Trạng thái không làm việc, không phát hiện trộm. Đây là lúc xe đang hoạt động nên không kích hoạt hệ thống chống trộm • Trạng thái chuẩn bị làm việc là thời gian trễ cho tới khi hệ thống đạt trạng thái báo động. Ở trạng thái này không phát hiện được trộm. • Trạng thái làm việc: hệ thống chống trộm đang hoạt động.

- Ở trạng thái này các các cảm biến sẽ liên tục gửi tín hiệu về cho ECU chống trộm. ECU chống trộm sẽ so sánh dữ liệu mà cảm biến truyền về với các dữ liệu có sẵn trong nó. - Nếu xe đang không bị trộm tác động vào (xe không rung, các cửa xe đều đóng) thì tin hiệu thu về không phù hợp với tín hiệu xe bị trộm nên ECU chống trộm vẫn chưa gửi tín hiệu đến ECU động cơ. - Nếu xe bị trộm (xe rung, cửa xe bị mở) tín hiệu trả về sẽ trùng với tín hiệu xe bị trộm có sẵn trong ECU chống trộm.

Lúc này ECU chống trộm sẽ gửi tín hiệu đến cho ECU động cơ. • Trạng thái báo động: hệ thống phát hiện được trộm và tiếp tục báo xung quanh bằng tín hiệu ánh sáng và âm thanh. 5 - Ở trạng thái này ECU động cơ đã nhận được tín hiệu từ ECU chống trộm. ECU động cơ sẽ gửi tín hiệu báo động tới các đèn ngoài xe và còi xe đồng thời cũng gửi một tín hiệu về ECU chống trộm.

- ECU chống trộm sau khi nhận được tín hiệu phản hồi sẽ gửi một tín hiệu đến đèn chỉ báo an ninh. - Trong trường hợp ECU động cơ không nhận được tín hiệu từ ECU chống trộm hoặc nhận được tín hiệu (có báo động bằng ánh sáng và âm thanh) nhưng không trả về tín hiệu phản hồi cho ECU chống trộm. ECU chống trộm sẽ hiểu hệ thống bị lỗi và không gửi tín hiệu lên đèn chỉ bảo an ninh. Các loại hệ thống chống trộm Loại chế độ hoạt động là chủ động: trạng thái làm việc được kích hoạt ngay khi các cửa đóng và khóa.

Khi chuyển từ trạng thái làm việc sang trạng thái báo động thì còi kêu lập tức. Loại chế độ hoạt động là bị động: trạng thái chuẩn bị hoạt động kích hoạt ngay khi các cửa xe được đóng lại. Có thời gian trễ khi chuyển từ trạng thái làm việc sang trạng thái báo động. Mạch điện hệ thống chống trộm một số hãng xe 2.

Mạch điện hệ thống chống trộm Toyota Corolla ZZE142 Hình 2.2a: Sơ đồ mạch điện hệ thống chống trộm xe Corolla 7 Hình 2.2b: Sơ đồ mạch điện hệ thống chống trộm xe Corolla 8 Hình 2.2c: Sơ đồ mạch điện hệ thống chống trộm xe Corolla 9 Hình 2.2d: Sơ đồ mạch điện hệ thống chống trộm xe Corolla 10 Hệ thống chống trộm của Toyata Corolla ZZE142 là loại có ECU động cơ và ECU chống trộm tách rời. Các cổng kết nối: • DCTY (front driver door courtesy light) tín hiệu cửa trước bên trái mở. • PCTY (front passenger door courtesy light) tín hiệu cửa trước bên phải mở. • ILE tín hiệu từ cụm đèn trần xe.

• RCTY (rear right door courtesy light) tín hiệu cửa sau bên phải mở. • LCTY (rear left door courtesy light) tín hiệu từ cửa sau bên trái mở. • BECU (battery electronic control unit) nối với nguồn ác qui cung cấp cho ECU. • GND1 (ground) nối mass cho ECU.

• LSWD (lock swich driver) tín hiệu từ cụm công tắc cửa tài xế. • LSWP (lock swich passenger) tín hiệu từ cụm công tắc cửa hành khách. • PRG tín hiệu từ cụm công tắc điều khiển cửa. • RDA tín hiệu từ cụm công tắc điều khiển cửa.

• BCTY (back courtesy) nhận tín hiệu từ cụm công tắc khoang hành lý. • KSW nhận tín hiệu từ cụm công tắc cảnh báo un-lock. • DSWH nhận tín hiệu từ cụm công tắc khoang động cơ. • IND (security indicator light) nối với cụm đèn cảnh báo an ninh.

• Còi báo an ninh nối với chân SH- của ECU chống trộm và được dẫn động thông qua rờ le bằng chân HORN của ECU chống trộm. • STX của ECU động cơ nối với BRK- của ECU chống trộm để cảnh báo cho ECU chống trộm biết các cửa đã được khóa. • SRX của ECU động cơ nối với BRK+ của ECU chống trộm để cảnh báo cho ECU chống trộm biết là ECU động cơ phát hiện xâm nhập. Các cụm trong hệ thống: • ECU động cơ.

• ECU chống trộm. 11 • Cụm đèn trần xe. • Cụm đèn chỉ báo an ninh. • Cụm công tắc cửa hành khách.

• Cụm công tắc cửa tài xế. • Cụm nhận tín hiệu điều khiển cửa. • Cụm công tắc khoang hành lý. • Còi báo và cụm đèn báo hiệu.

• Cụm công tắc khoang động cơ.