Nghiên cứu Khoa học
Găng tay Chống ngủ gật 20/11/2015
Theo báo cáo hàng năm, ở Việt nam trung bình hàng năm có hơn 11, 000 người chết và hơn 10 ngàn người bị thương do tai nạn giao thông.
Tai nạn giao thông để lại hậu quả vô cùng nghiêm trọng : Người ra đi còn biết bao dự định dang dở; Người ở lại phải chịu mất mát, đau thương đến tột cùng. Rồi có biết bao gia đình bị khuynh gia bại sản; những đứa trẻ phải chịu cảnh mồ côi, bơ vơ không nơi nương tựa… Thảm cảnh từ các vụ tai nạn giao thông xảy ra thật sự đau lòng.
Nhiều tai nạn giao thông xảy ra vào thời điểm 2-5h sáng một phần do tài xế ngủ gật. Các chuyên gia an toàn giao thông cho rằng theo đồng hồ sinh học, đây là lúc lái xe dễ mệt mỏi sau nhiều giờ tập trung bên vô lăng.
2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Vi điều khiển MSP430G2253
Module Bluetooth SLAVE cho phép vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi: smartphone, laptop, usb bluetooth... thông qua giao tiếp Serial gửi và nhận tín hiệu 2 chiều.
Module bluetooth được tích hợp trên board cho phép bạn sử dụng nguồn từ 3.3V đến 5V cung cấp cho board. Bluetooth module gồm 4 chân theo thứ tự: VCC, GND, TX, RX
Đây là module bluetooth SLAVE nghĩa là bạn không thể chủ động kết nối bằng vi điều khiển, mà cần sử dụng smartphone, laptop, bluetooth usb... để dò tín hiệu và kết nối (pair) từ smartphone, laptop, bluetooth usb... Sau khi pair thành công, bạn có thể gửi và nhận tín
hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị này.
- Bluetooth V2.0 protocol standards.
- Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA
- Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
- Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm
- Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz
- Nhiệt độ lưu trữ:-40 to 85o C
- Thiết lập mặc định: Baud rate: 9600, Pairing code: 1234.
MPU6050 là IC tích hợp cảm biến tích gia tốc kế và cảm biến từ trường,từ cảm biến này có thể đo được tốc độ góc theo 3 chiều không gian(gyro),và hình chiếu vector trọng trường lên 3 trục trong không gian (Accelrometer). Ngoài ra từ các giá trị này,người ta cho đi qua các bộ lọc số để thu được giá trị đã loại bỏ nhiễu,các giá trị này tiếp tục được dùng để xác định các giá trị thứ cấp như tốc độ dài,tọa độ không gian.
Hình 2.3. Cảm biến MPU6050
- MPU6050 là chip tích hợp 2 cảm biến: vận tốc góc (gyroscope) và gia tốc góc (accelerometer).
- MPU6050 cho biết vận tốc và gia tốc góc, từ đó xác định được hướng của vật trong không gian 3 chiều.
- Dải điện áp hoạt động : 2,375V – 3,46V.
- Nhiệt độ hoạt động tốt nhất 25°C.
- Dải nhiệt hoạt đông:-40 đến +85°C.
+ Hoạt động với 3 tần số xung clock:
- Xung clock nội : CLK SEL = 0,1,2,3 .
- Xung clock ngoài 32,768kHz : CLK_SEL = 4 .
- Xung clock ngoài 19,2MHz : CLK_SEL = 5
Sơ đồ khối:
Hình 2.4. Sơ đồ khối của MPU6050
- Đầu ra là tín hiệu số về độ dịch góc của 3 trục X Y Z với đọ rộng thang đo ±250,±500, ±1000, ±2000°/s .
- Tín hiệu đồng hồ ngoài kết nối vào chân FSYNC hỗ trợ đồng bộ ảnh,video,GPS.
- Tích hợp bộ chuyển đổi ADC 16bit lấy mẫu tốc độ góc cùng lúc.
- Cho phép sử dụng chương trình ngắt.
+ Giao thức I2C : ở chế độ cơ bản là 100kHz - ở chế độ nhanh là 400kHz.
- Bao gồm các dữ liệu nối tiếp tín hiệu (SDA) và đồng nối tiếp (SCL).
- Khi kết nối với vi điều khiển MPU6050 đóng vai trò là slave. Địa chỉ Slave là b110100X.
- I2C truyền dữ liệu theo từng byte, mỗi byte được gửi theo sau 1 tín hiệu ack
2.1.4 Giới thiệu mạch cảm biến nhịp tim.
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến nhịp tim
- Nguyên lý hoạt động: Bằng bộ thu phát hồng ngoại khi led phát phát tín hiệu thì một phần tín hiệu được phản xạ lại từ máu trong các động mạch của ngón tay được led thu nhận và cường độ phản xạ sẽ thay đổi phụ thuộc vào sự co bóp của tim (sự co giãn của máu) có một đèn led báo hiệu sáng khi led thu nhận được phản xạ mạnh tương ứng với mức “1” và ngược lại mức“0” led sẽ tắt đồng thời tín hiệu “0” và “1” được đưa ra chân ADC để kết nối với vi điều khiển.
2.1.5 Chuẩn giao tiếp I2C.
I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter Intergrated Circuit Bus giao tiếp giữa các IC với nhau.
Hình 2.7. Mô hình giao tiếp I2C.
Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ
theo một hướng.
Khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây
SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.
Có nhiều thiết bị (ICs) cùng kết nối với một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra trường hợp nhầm lẫn giữa các thiết bị,bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất. Mỗi thiết bị có thể hoạt đông như là thiết bị nhận dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hay tớ
(slave).
Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ
trong suốt quá trình giao tiếp.
Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động,còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong viêc giao tiếp
Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:
- Một chủ một tớ (one master – one slave).
- Một chủ nhiều tớ (one master – multi slave).
- Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master – multi slave).
3.1 Sơ đồ khối phần cứng.
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống
3.2 Sơ đồ khối phần mềm.
3.2.1 Phần trung tâm.
Trung tâm xử lý tạo ra liên kết và nhận dữ liệu từ găng tay sau đó sẽ kiểm tra, xử lý dữ liệu và gửi thông tin cho smartphone.
Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán mạch trung tâm.
3.2.2 Phần ứng dụng.
Hình 3.3. Sơ đồ thuật toán phần mềm ứng dụng.
4.1 Kết quả Đo Nhịp Tim Trên điện thoaij
4.2 Kết luận.
Sản phẩm này có thể theo dõi các hành động của bàn tay và nhịp tim trong khi lái xe. Và nếu có dấu hiệu buồn ngủ của lái xe, sản phẩm này sẽ cảnh báo bằng cách sử dụng còi để đánh thức lái xe. Một cách khác, các thông tin về lái xe có thể được hiển thị trên điện thoại thông minh.
4.3 Hướng phát triển.
Trong tương lai, chúng tôi sẽ cải thiện mạch nhịp tim để cung cấp kết quả chính xác nhất, và kết hợp tính năng định vị GPS để gửi thông tin vị trí của xe(thông qua tin nhắn từ điện thoại) về trung tâm lúc tài xế ngủ có tình trạng ngủ gật nhằm có hướng ứng phó kịp thời cho trường hợp xấu nhất xảy ra,ngoài ra sẽ tạo ra một cơ sở dữ liệu trên điện thoại để lưu trữ số lần ngủ gật của tài xế để trung tâm có biện pháp nhắc nhở nhằm hạn chế ở mức thấp nhất trường hợp ngủ gật xảy ra khi đang lái xe của tài xế.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC DUY TÂN
Phòng 503 - K7/25 Quang Trung, Tp Đà Nẵng
(0236) 3827111(Ext 503)
feee@duytan.edu.vn
