Nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô.

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô 2.
- Nội dung tóm tắt: THỰC TRẠNG TAI NẠN GIAO THÔNG Ngủ gật trong khi đang lái xe là một nguyên nhân dẫn đến nhiều tai nạn giao thông nghiêm trọng.
- Các tai nạn loại này không chỉ gây hậu quả nghiêm trọng cho phương tiện và người điều khiển, nó còn gây ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của một số người khác.
- Theo thống kê của của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia trong 6 tháng đầu năm 2012 có 80 vụ tại nạn liên quan đến ô tô có hậu quả nghiêm trọng, trong đó có tai nạn do tài xế lái xe trong tình trạng mệt mỏi - buồn ngủ.
- [1] Các tai nạn do tài xế lái xe trong tình trạng mệt mỏi - buồn ngủ không chỉ có ở Việt Nam, mà còn có ở mọi quốc gia trên thế giới.
- Đã có nhiều biện pháp khác nhau để giúp khắc phục tình trạng này như: các biện pháp mang tính hành chính (điều luật xử phạt khi vi phạm), các biện pháp mang tính giáo dục ý thức lái xe an toàn, và sử dụng các thiết bị hỗ trợ lái xe an toàn.
- Tuy nhiên, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, việc áp dụng các biện pháp hiện có để hạn chế các tai nạn do lái xe buồn ngủ khi đang lái xe là chưa đủ.
- Do vậy, luận văn nghiên cứu thực hiện đề tài này, cũng như nhiều nghiên cứu khác đã và đang thực hiện các nghiên cứu nhằm đề xuất ra giải pháp để góp phần hạn chế các tai nạn liên quan đến tình trạng mệt mỏi của người điều khiển phương tiện trong khi đang điều khiển phương tiện lưu thông trên đường.
- Hình 1: Ngủ gật khi đang lái xe và hậu quả 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG NGỦ GẬT ĐÃ CÓ 1.
- Giải pháp liên quan đến giáo dục nâng cao nhận thức  Nâng cao nhận thức của lái xe, cảnh báo về sự nguy hiểm và hậu quả lớn gây ra do lái xe khi buồn ngủ và mất tập trung.
- Trong một số trường hợp, giải thích cho người lái xe biết lý do vì sao họ thường có nhu cầu lái xe khi mệt mỏi, buồn ngủ.
- Giáo dục cho lái xe phải có ý thức, cần phải nghỉ ngơi sau một khoảng thời gian lái xe liên tục, phải ngủ đủ giấc trước khi lái xe, đối với một số thời điểm trong ngày cần hạn chế lái xe khi có thể, và phải chuẩn bị sức khỏe để có thể lái xe an toàn.
- Tăng tính răn đe của hệ thống luật pháp và quá trình thực thi luật pháp đối với hành vi mất tập trung hay buồn ngủ khi đang lái xe.
- Và có hình thức xử phạt đối với chủ xe, hay doanh nghiệp vận tải có xe gây ra tai nạn.
- Giải pháp chống ngủ gật bằng thiết bị Để hạn chế các tai nạn gây ra do ngủ gật khi lái xe, một số hãng sản xuất ô tô và các công ty chế tạo thiết bị đã đưa ra một số thiết bị hỗ trợ, giúp cảnh báo cho lái xe khi lái xe có hiện tượng ngủ gật.
- Các thiết bị này có thể có cấu hình từ phức tạp đến đơn giản, chẳng hạn như: thiết bị chống ngủ gật đưa ra tín hiệu cảnh báo dựa trên việc theo dõi tín hiệu của sinh học của cơ thể, hệ thống xác định tình trạng tỉnh táo của lái xe dựa trên thống kê thời gian làm việc trong tuần của lái xe, hay hệ thống tạo cảnh báo dựa trên góc nghiêng đầu của lái xe… Tuy nhiên, khi các thiết bị như vậy áp dụng ở Việt Nam thì vẫn có nhiều hạn chế như: giá thành cao, mức độ phức tạp khi sử dụng, hoặc tính năng quá ít,… nên việc ứng dụng trong thực tế rất hạn chế.
- 3 GIẢI PHÁP CHỐNG NGỦ GẬT CỦA BK-ASP 1.
- Một số đặc điểm của các tai nạn do buồn ngủ Qua việc nghiên cứu các tài liệu thống kê được công bố về tai nạn của các chuyên gia có kinh nghiệm trong vấn đề này, thấy rằng các tai nạn do buồn ngủ khi lái xe có một số đặc điểm sau.
- Lái xe có cường độ làm việc cao dẫn đến tình trạng mệt mỏi, do vậy thường không đủ sức khỏe và độ tỉnh táo khi lái xe, hay lái xe lái xe trong trạng thái mệt mỏi - không tỉnh táo.
- Thường xảy ra vào sáng sớm 2h00 – 5h00 hoặc vào buổi chiều 13h00 – 15h30 là khoảng thời gian khi cơ thể có xu hướng ngủ tự nhiên.
- Lái xe liên tục trong một khoảng thời gian dài từ trên 2 giờ vào thời điểm cơ thể có xu hướng nghỉ ngơi, và 3 giờ vào các thời điểm khác.
- Lái xe một mình không trò chuyện, hoặc có sự cảnh báo của người xung quanh, hoặc lái xe ở đoạn đường vắng, thẳng, vận tốc chuyển động của xe không đổi, những yếu tố dễ gây nhàm chán, gây mất tập trung và buồn ngủ khi đang lái xe.
- Biện pháp chống ngủ gật khi lái xe Dựa vào đặc điểm của các tai nạn gây ra do lái xe buồn ngủ, luận văn nghiên cứu đã đưa ra biện pháp chống buồn ngủ được sử dụng trong thiết bị BK-ASP, được nghiên cứu và phát triển đó là.
- Bước 1: Xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe.
- Bước 2: Phát hiện điều kiện làm việc gây mệt mỏi.
- Bước 3: Tạo tín hiệu cảnh báo chống ngủ gật.
- Trong thực tế bước 1 và bước 2 có thể hoán đổi thứ tự cho nhau.
- Đây là biện pháp được đề xuất dựa trên việc nghiên cứu các hệ thống chống ngủ gật hiện đại và điều kiện thực tế tại Việt Nam.
- 4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐƢỢC SỬ DỤNG 1.
- Giải pháp để xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe Khi cơ thể mệt mỏi, rơi vào trạng thái buồn ngủ và không tỉnh táo thì phán xạ và khả năng suy nghĩ giảm, điều này có thể nhận thấy là thời gian đưa ra quyết định sẽ lâu hơn, hoặc sẽ ra quyết định sai [5].
- Dựa vào đặc điểm đó, luận văn nghiên cứu đưa ra giả thuyết là lái xe khi buồn ngủ thì việc trả lời một chuỗi câu hỏi đơn giản có thời gian lâu hơn hoặc tỉ lệ trả lời lỗi tăng lên so với khi tỉnh táo.
- Hay là, chúng ta có thể dựa vào thời gian trả lời và tỉ lệ trả lời đúng các câu hỏi tại thời điểm bất kỳ so với thời gian trả lời và tỉ lệ trả lời đúng lúc tỉnh táo, để xác định xem thời điểm thực hiện trả lời câu hỏi đó có tỉnh táo hay không.
- Nếu thời gian trả lời, hay tỉ lệ trả lời lỗi vượt qua một ngưỡng nào đó thì có thể xác định lái xe không tỉnh táo.
- Ở đây sử dụng các câu hỏi có dạng như sau.
- Để tạo sự ngẫu nhiên của thứ tự đưa ra câu hỏi và đáp án kèm theo, sử dụng giá trị thời gian bắt đầu chạy của thiết bị làm giá trị để lựa chọn thứ tự hiển thị câu hỏi và đáp án.
- Thực hiện đưa ra 5 câu hỏi liên tiếp rồi đo thời gian trả trả lời và tỉ lệ trả lời lỗi, từ đó xác định cần cảnh báo hay chưa cần cảnh báo.
- Giải pháp để xác định mức độ làm việc mệt mỏi của lái xe Theo các nghiên cứu chỉ ra rằng các lái xe thường rơi vào trạng thái mệt mỏi khi trải qua một số tình huống sau đây.
- Lái xe liên tục quá 2 giờ, hoặc quãng đường lái xe lớn hơn 150km.
- Khoảng thời gian hay quãng đường lái xe liên tục gây buồn ngủ có thể ảnh hưởng bởi thời điểm lái xe.
- Lái xe thường có cảm giác buồn ngủ khi lái xe vào khoảng thời gian 2h – 5h sáng, và 13h – 15h30 chiều.
- Và một số tình huống khác,… Căn cứ vào đặc điểm như vậy, nghiên cứu đề xuất sử dụng đồng hồ thời gian thực và thiết bị đo quãng đường để thu các tham số xác định khả năng buồn ngủ của lái xe.
- Qua thử nghiệm các công nghệ, luận văn nghiên cứu thấy rằng thiết bị GPS có thể cho phép thu nhận được các thông tin cần thiết [6], cộng với phần mền xử lý các dữ liệu, chứa trong bản tin GPS, hoàn toàn có thể xác định được mức độ làm việc của lái xe là: quãng đường lái xe liên tục, thời gian lái xe liên tục và thời điểm lái xe.
- Sau đó các giá trị đó được so sánh với ngưỡng được xác định là gây mệt mỏi và buồn ngủ, để xác định đã cần cảnh báo hay chưa.
- Giải pháp tạo tín hiệu cảnh báo Sau khi nhận được yêu cầu tạo tín hiệu cảnh báo từ các bước trước, thiết bị cần phải tạo ra tín hiệu cảnh báo.
- Để tạo ra tín hiệu cảnh báo hiệu quả phù hợp, luận văn nghiên cứu đề xuất sử dụng ba loại tín hiệu là: âm thanh, ánh sáng, dòng kích thích.
- Đề xuất 7 mức cảnh báo khác nhau, tuy nhiên cũng không bị hạn chế ở đây.
- Các mức cảnh báo khác nhau theo: loại tín hiệu, cách trộn các tín hiệu, nhịp kích thích và cường độ kích thích khác nhau.
- 6 SƠ ĐỒ KHỐI THIẾT BỊ CHỐNG NGỦ GẬT BK - ASP Dựa trên giải pháp kỹ thuật được đề xuất, căn cứ vào yêu cầu tạo ra thiết bị có khả năng ứng dụng cao trong thực tế và đưa ra sơ đồ khối tổng quan của thiết bị như sau: MÔĐUN GPS TẠO BẢN TIN GPS(THỜI ĐIỂM - VẬN TỐC - TỌA ĐỘ)BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂMGIAO DIỆN NGƯỜI DÙNGKHỐI TẠO TÍN HIỆU KÍCH THÍCH VÀ CẢNH BÁONGUỒN CUNG CẤP Hình 2.
- Sơ đồ khối tổng quan của thiết bị BK - ASP 1.0 Trong đó.
- Nguồn cung cấp sẽ tạo ra các mức điện áp khác nhau cấp cho các thành phần khác nhau của thiết bị, từ mức điện áp 12VDC đầu vào (lấy ắcquy của thiết bị, hoặc lấy từ ắcquy của ô tô.
- Môđun GPS sẽ cung cấp các thông tin về: thời điểm, vận tốc và tọa độ hiện thời của xe, chúng được xử lý bằng một thuật toán phù hợp để xác định mức độ làm việc lái xe.
- Khối tạo tín hiệu kích thích là khối tạo ra tín hiệu có đủ công suất để kích thích phù hợp.
- Bộ xử lý trung tâm được cài đặt phần mềm điều khiển làm nhiệm vụ xử lý thông tin thu nhận từ các thành phần khác nhau, và đưa ra các chỉ thị, điều khiển tới các thành phần khác có trong thiết bị.
- 7 THIẾT KẾ CÁC MÔ ĐUN PHẦN CỨNG CỦA BK - ASP 1.
- Mô đun nguồn cung cấp Trong mạch sử dụng các mức điện áp khác nhau là 0V, +3.3V, +5V, +12V.
- Do thiết bị được sử dụng trên ô tô nên nguồn cung cấp sẽ là Acquy 12V.
- Mô đun thu nhận tín hiệu GPS Trong thiết bị BK - ASP v1.0 sử dụng môđun thu tín hiệu và tạo bản tin GPS là SKM53S do Skylab cung cấp, có sơ đồ kết nối nguyên lý như sau: R51RR100RL50 INDUCTORC51100nFC26100nFVCCVCCU50SKM53S123456+5VGNDPPSRSTTXDRXDGPS_TX3V3VCCR14RGPS_TX3V3C50100nFVCCD4LEDU774LVC1T45123 456VCCAGNDA BDIRVCCBD503.3VVCCGPS_TX5VR50 R+C2510uF 3.
- Mô đun tạo và khuếch đại tín hiệu kích thích Trong mạch của BK - ASP thì việc tạo ra tín hiệu kích thích dạng số do IC vi điều khiển đảm nhận.
- 8 DACKhuếch đạiLựa chọn mức kích thíchKĐVi điều khiển Atmega 128 (tạo tín hiệu kích thích dạng số)Lựa chọn tín hiệu kích thíchLoaDòng kích thíchĐènTín hiệu điều khiển Tín hiệu số tạo ra có thể sẽ được đưa qua các khối DAC để chuyển đổi thành tín hiệu tương tự, nếu cần, sau đó đưa tới khối khuếch đại công suất trước khi đưa ra loa, đèn và điện cực, theo sơ đồ khối ở trên.
- Mô đun điều khiển trung tâm Để đảm bảo có thể có một MCU điều khiển đủ mạnh, có khả năng chạy ổn định, có thể linh hoạt thay đổi các tham số làm việc, và chi phí hợp lý nhóm nghiên cứu đã sử dụng Atmega128 để làm MCU của mạch, được kết nối theo sơ đồ khối sau: VCCD27LEDJ12ISP AVR_TX1DA_5+C201uFR1RLCD_7SCKVCCDA_7+C1010uFAVR_TX1LCD_[1..7]LCD_6C16100nFMISOBUZZ_CTRLSCKLCD_5MCU_STT_1DA_4VCCR2RC922pFAVR_RX1R910KOUT_SWVCCY2 CRYSTALLCD_1GPS_TX5VGPS_DATAR31RVOLUME_C1GPS_TX5VVOLUME_C3LCD_4DA_1SW1 RESET1 42 3MISOMUTEOUT_SWBUZZ_CTRLD26LEDVCCRESETC12100nFKEY_4KEY_5RESETLCD_2DA_2VOLUME_C2MCU_STT_2C822pFMCU_STT_1KEY_3MCU_STT_2AVR_RX1VCCIC1ATmega PB0 (SS)PB1 (SCK)PB2 (MOSI)PB3 (MISO)PB4 (OC0)PB5 (OC1A)PB6 (OC1B)PB7 (OC2/OC1C)PC0 (A8)PC1 (A9)PC2 (A10)PC3 (A11)PC4 (A12)PC5 (A13)PC6 (A14)PC7 (A15)(SCL/INT0) PD0(SDA/INT1) PD1(RXD1/INT2) PD2(TXD1/INT3) PD3(ICP1) PD4(XCK1) PD5(T1) PD6(T2) PD7RXD0/(PDI) PE0(TXD0/PDO) PE1(XCK0/AIN0) PE2(OC3A/AIN1) PE3(OC3B/INT4) PE4(OC3C/INT5) PE5(T3/INT6) PE6(ICP3/INT7) PE7(ADC7/TDI) PF7(ADC6/TDO) PF6(ADC5/TMS) PF5(ADC4/TCK) PF4(ADC3) PF3(ADC2) PF2(ADC1) PF1(ADC0) PF0PA7 (AD7)PA6 (AD6)PA5 (AD5)PA4 (AD4)PA3 (AD3)PA2 (AD2)PA1 (AD1)PA0 (AD0)(WR) PG0(RD) PG1(ALE) PG2(TOSC2) PG3(TOSC1) PG4AVCCAREFRESETPENXTAL1XTAL2VCCVCCGNDGNDGNDMOSIMOSIL2 INDUCTORDA_3C14100nFDA_[0..7]KEY_[1..5]VOLUME_C[1..3]KEY_1MUTELCD_3DA_0KEY_2DA_6 9 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA BK - ASP Chương trình chống ngủ gật gồm có hai giai đoạn bao gồm.
- Giai đoạn xác định điều kiện cảnh báo, và – Giai đoạn cảnh báo.
- Lƣu đồ thuật toán tìm điều kiện cảnh báo Giai đoạn xác định điều kiện để cảnh báo sẽ xác định xem lái xe có tỉnh táo hay không, dựa vào thời gian đáp ứng các yêu cầu của thiết bị (trả lời các câu hỏi), hoặc thời gian lái xe có vượt ngưỡng được xác định là không tỉnh táo hay không.
- Lƣu đồ thuật toán tạo tín hiệu cảnh báo Ở giai đoạn cảnh báo, chương trình điều khiển sẽ tạo ra tín hiệu cảnh báo tới khi nào lái xe ấn nút xác nhận.
- Nếu không ấn nút sau một khoảng thời gian cố định, thiết bị tự động tăng mức cảnh báo, từ mức 0 lên tới mức 7.
- Nếu ấn nút thì thiết bị sẽ dừng cảnh báo, và sau một khoảng thời gian lại tạo ra đợt cảnh báo mới.
- 11 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ HÌNH ẢNH SẢN PHẨM BK_ASP v1.0Thiết bị chống ngủ gật dành cho lái xe ô tôDòng kích thíchABNút nhấn trả lời câu hỏiLoa báo hiệu Jắc cắmLed báo hiệuMàn hình chỉ thị Hình 4.
- Giao diện điều khiển Hình 5.
- Hình ảnh mạch chế tạo của BK_ASP v1.0 Hình 6.
- Hình ảnh sản phẩm và điện cực kèm theo 12 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Sau khi chế tạo xong sản phẩm thử nghiệm, đã tiến hành một số thử nghiệm trên thiết bị bao gồm: Thử độ tin cậy của thiết bị khi làm việc trong điều kiện thực tế: Sản phẩm chạy thử nghiệm trên ô tô, và quan sát các thông số hoạt động của thiết bị BK - APS 1.0 như: đo các thông số điện của thiết bị, kiểm tra độ ổn định, khả năng chống nhiễu, thời gian đồng bộ GPS, các chế độ chạy của thiết bị, độ chính xác của dữ liệu nhận so với thiết bị đo thực tế (đồng hồ thời gian và công tơ km.
- và nhận thấy rằng thiết bị có thể hoạt động trong điều kiện thực tế.
- Thử khả năng tạo tín hiệu gây chú ý đối với người rơi vào trạng thái buồn ngủ tại phòng thí nghiệm: Do liên quan đến sự an toàn, nên chỉ thực hiện khả năng cảnh báo với 06 tình nguyện viên trong phòng thí nghiệm và thu được bảng thống kê như sau: Tđư-tt(bn.
- là thời gian trả lời câu hỏi do thiết bị đưa ra lúc tỉnh táo (buồn ngủ).
- Mức kích thích (5ph): là mức kích thích để tình nguyên viên có thể cảm nhận được sau khi có cảm giác buồn ngủ 10 phút Thu nhận ý kiến đánh giá của một số lái xe về khả năng ứng dụng của thiết bị: Thiết bị dễ sử dụng, giá thành phù hợp, có thể tích hợp với hộp đen giám sát hành trình, tuy nhiên mẫu mã cần cải tiến thêm.
- 13 KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện đề tài, luận văn đã hoàn thành các nhiệm vụ chính của đề tài đề ra, đó là.
- Nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến tai nạn do lái xe trong trạng thái buồn ngủ như: thực trạng, đặc điểm, giải pháp hạn chế tai nạn do ngủ gật đã có, và ưu nhược điểm của chúng.
- Đề xuất cách thức, nguyên lý hoạt động của thiết BK - ASP 1.0 chống ngủ gật khi lái xe, bao gồm các bước là: Xác định tình trạng tỉnh táo của lái xe.
- Xác định mức độ làm việc mệt mỏi.
- Tạo tín hiệu cảnh báo khi phát hiện lái xe không tỉnh táo hay làm việc ở trạng trạng thái mệt mỏi.
- Sử dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp để chế tạo ra thiết bị BK - ASP các tính năng như: sử dụng trắc nghiệm nhanh để xác định độ tỉnh táo, sử dụng công nghệ GPS để thu nhận thông số có thể suy ra mức độ làm việc mệt mỏi của lái xe và sử dụng các loại kích thích (ánh sáng nhấp nháy, âm thanh ngắt quãng, và dòng kích thích) để gây chú ý cảnh báo cho lái xe khi xác định được nguy cơ ngủ gật.
- Thử nghiệm khả năng làm việc của thiết bị BK - ASP 1.0 trong điều kiện thực tế, và trong phòng thí nghiệm cho thấy thiết bị có khả năng ứng dụng trong thực tế.
- Với các công nghệ thiết kế mạch điện tử của thiết bị cho phép thiết bị dễ dàng thay đổi một số tình năng và tham số làm việc tùy theo điều kiện ứng dụng trong thực tế

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt