Thiết Kế và Hiện Thực Kiến Trúc Phần Cứng Mạng Máy Tính Cho Xe Tự Hành

• Tác giả: Nguyễn Văn Tín
• Người hướng dẫn: Thầy Phạm Minh Quân
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Sư Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Thiết Kế và Hiện Thực Kiến Trúc Phần Cứng Mạng Máy Tính Cho Xe Tự Hành
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan đề tài
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Mục tiêu đề tài
• 1.7. Phương pháp thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Mạng giao tiếp CAN
• 2.2. Tín hiệu đường truyền
• 2.3. Hệ điều hành thời gian thực CMSIS — RTOS2
• 2.3.1. Giới thiệu CMSIS — RTOS2
• 2.3.2. Một số khái niệm trong RTOS
• 2.4. Giao thức MQTT
• 2.4.1. Tổng quan về MQTT
• 2.4.2. Kiến trúc MQTT
• 2.5. Phần cứng sử dụng
• 2.5.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6
• 2.5.2. Vi điều khiển ESP32
• 2.5.3. IC đo năng lượng INA219
• 2.5.4. Cảm biến IMU BNO055
• 2.5.5. Cảm biến Encoder
• 2.5.6. Bộ điều khiển EZI Servo Plus R
• 2.5.7. SSR — Solid State Relay
• 2.5.8. IC CAN Transceiver MCP2551
• 2.6. Phương pháp đề xuất
• 2.7. Kiến trúc mạng máy tính nhúng — vi xử lý đề xuất
• 2.8. Power Management Node
• 2.9. Sơ đồ chương trình Node Power Management
• 2.10. Sơ đồ chương trình của Distance Node
• 2.11. Light-Speaker-GPS Node
• 2.12. Sơ đồ chương trình Light-Speaker-GPS Node
• 2.13. Sơ đồ khối của Engine Node
• 2.14. Sơ đồ khối của Steering Node
• 2.15. Sơ đồ khối Master Node
• 2.16. Giao tiếp các Node trên CAN Bus
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 3.1. Light-Speaker-GPS Node
• 3.2. Power Management Node
• 3.3. Mạng giao tiếp CAN
• 3.4. Server lưu trữ và quản lý dữ liệu
• 3.5. Ưu, nhược điểm của đề tài
• 3.5.1. Nhược điểm
• 3.5.2. Hướng phát triển đề tài

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Kiến Trúc Phần Cứng Mạng Máy Tính Cho Xe Tự Hành

Thiết kế và hiện thực kiến trúc phần cứng mạng máy tính cho xe tự hành là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Sự kết hợp giữa công nghệ vi điều khiển và mạng máy tính nhúng đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển xe tự hành. Các hệ thống này không chỉ giúp xe tự hành hoạt động hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển.

1.1. Lý Do Chọn Đề Tài Thiết Kế Kiến Trúc Phần Cứng

Sự phát triển của công nghệ trí tuệ nhân tạo và Internet vạn vật đã thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu về xe tự hành. Các công ty lớn như Tesla và Google đang đầu tư mạnh vào lĩnh vực này, tạo ra động lực cho các nghiên cứu trong nước.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu Hiện Nay Về Xe Tự Hành

Nghiên cứu về xe tự hành đang diễn ra sôi nổi trên toàn cầu. Các cuộc thi như DARPA Grand Challenge đã khơi dậy sự quan tâm và đầu tư vào lĩnh vực này, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ mới.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Thiết Kế Kiến Trúc Phần Cứng

Mặc dù có nhiều tiến bộ, nhưng việc thiết kế kiến trúc phần cứng cho xe tự hành vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ tin cậy của cảm biến, khả năng xử lý dữ liệu và giao tiếp giữa các node là những yếu tố quan trọng cần được giải quyết.

2.1. Độ Tin Cậy Của Cảm Biến Trong Hệ Thống

Cảm biến là thành phần quan trọng trong hệ thống xe tự hành. Độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng nhận diện môi trường xung quanh.

2.2. Khả Năng Xử Lý Dữ Liệu Trong Thời Gian Thực

Việc xử lý dữ liệu trong thời gian thực là một thách thức lớn. Hệ thống cần phải đảm bảo rằng dữ liệu từ các cảm biến được xử lý nhanh chóng để đưa ra quyết định kịp thời.

III. Phương Pháp Thiết Kế Kiến Trúc Phần Cứng Mạng Máy Tính

Để thiết kế kiến trúc phần cứng cho xe tự hành, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và hiệu quả. Việc sử dụng mạng CAN (Controller Area Network) là một trong những giải pháp tối ưu cho việc giao tiếp giữa các node.

3.1. Sử Dụng Mạng CAN Để Giao Tiếp Giữa Các Node

Mạng CAN cho phép nhiều node giao tiếp với nhau mà không cần thiết bị chủ. Điều này giúp giảm thiểu độ phức tạp trong thiết kế và tăng tính linh hoạt cho hệ thống.

3.2. Tích Hợp Các Cảm Biến và Bộ Điều Khiển

Việc tích hợp các cảm biến và bộ điều khiển vào hệ thống là rất quan trọng. Các cảm biến như IMU, GPS và cảm biến khoảng cách cần được kết nối hiệu quả để đảm bảo hoạt động chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kiến Trúc Phần Cứng Mạng Máy Tính

Kiến trúc phần cứng mạng máy tính cho xe tự hành không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các hệ thống này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giao thông, logistics và an ninh.

4.1. Ứng Dụng Trong Giao Thông Thông Minh

Hệ thống xe tự hành có thể cải thiện hiệu quả giao thông, giảm ùn tắc và tai nạn. Việc áp dụng công nghệ này trong giao thông thông minh đang được nhiều quốc gia nghiên cứu.

4.2. Ứng Dụng Trong Logistics và Vận Tải

Xe tự hành có thể được sử dụng trong lĩnh vực logistics để vận chuyển hàng hóa một cách tự động, tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Thiết Kế Kiến Trúc Phần Cứng

Thiết kế kiến trúc phần cứng mạng máy tính cho xe tự hành đang mở ra nhiều cơ hội mới. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ và ứng dụng thực tiễn hơn nữa.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Các công nghệ mới như AI và IoT sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của xe tự hành. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới sẽ là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao.

5.2. Thách Thức Cần Đối Mặt Trong Tương Lai

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua, bao gồm vấn đề an toàn, bảo mật và chi phí sản xuất.