BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀI XẾ NGỦ
GẬT TRÊN Ô TÔ – THI CÔNG, LẮP ĐẶT VÀ THỰC
NGHIỆM HỆ THỐNG

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VĂN NHANH
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Trung Hiếu

1711251926

17DOTC3

Cao Gia Bảo

1711251942

17DOTC3

Nguyễn Kế Thức

1711251939

17DOTC3

TP. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀI XẾ NGỦ
GẬT TRÊN Ô TÔ – THI CÔNG, LẮP ĐẶT VÀ THỰC
NGHIỆM HỆ THỐNG

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VĂN NHANH
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Trung Hiếu

1711251926


17DOTC3

Cao Gia Bảo

1711251942

17DOTC3

Nguyễn Kế Thức

1711251939

17DOTC3

TP. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021


BM01/QT05/ĐT-KT

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU ĐĂNG KÝ
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Hệ: Chính quy (CQ, LT, B2, VLVH)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số trong nhóm: 3):
(1) Nguyễn Trung Hiếu

MSSV: 1711251926

Lớp: 17DOTC3


Điện thoại: 0338183019 Email:
(2) Cao Gia Bảo

MSSV: 1711251942

Lớp: 17DOTC3

Điện thoại: 0388790543 Email:
(3) Nguyễn Kế Thức

MSSV: 1711251939

Lớp: 17DOTC3

Điện thoại: 0329686854 Email:
Ngành

: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Chuyên ngành : Công nghệ Kỹ thuật ô tô
2. Tên đề tài đăng ký: Thiết kế hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật trên ô tô – Thi
công, lắp đặt và thực nghiệm hệ thống.
Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến độ và
hoàn thành đúng thời hạn.
TP. HCM, ngày 12 tháng 04 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên đăng ký


(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Văn Nhanh

Nguyễn Trung Hiếu

Cao Gia Bảo

Nguyễn Kế Thức


MÃ ĐỀ TÀI: 77
Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên

: Nguyễn Trung Hiếu

Điện thoại : 0338183019
Ngành

MSSV: 1711251926 Lớp: 17DOTC3
Email:

: Công nghệ Kỹ thuật ô tô


2. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật trên ô tô – Thi công, lắp đặt
và thực nghiệm hệ thống.
3. Nhiệm vụ thực hiện đề tài:
− Tìm hiểu tổng quát về đề tài.
− Khảo sát lựa chọn các bộ phận, cụm chi tiết phù hợp cho mô hình.
− Xây dựng quy trình thi cơng, lắp ráp.
− Thực nghiệm hệ thống trên xe thực tế.
− Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
− Làm PowerPoint thuyết trình.
TP. HCM, ngày 14 tháng 05 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trung Hiếu

Nguyễn Văn Nhanh


MÃ ĐỀ TÀI: 77
Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


1. Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên

: Cao Gia Bảo

Điện thoại : 0388790543
Ngành

MSSV: 1711251942 Lớp: 17DOTC3
Email:

: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

2. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật trên ơ tơ – Lập trình hệ thống.
3. Nhiệm vụ thực hiện đề tài:
− Tìm hiểu tổng quát về đề tài.
− Lựa chọn phần mềm lập trình.
− Xây dựng thuật tốn điều khiển.
− Lập trình hệ thống trên phần mềm.
− Thực nghiệm hệ thống trên xe.
− Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
TP. HCM, ngày 14 tháng 05 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


Cao Gia Bảo

Nguyễn Văn Nhanh


MÃ ĐỀ TÀI: 77
Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên

: Nguyễn Kế Thức

Điện thoại : 0329686854

MSSV: 1711251939

Lớp: 17DOTC3

Email:

: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Ngành

2. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật trên ơ tơ – Tính tốn thiết kế
phần cơ khí.

3. Nhiệm vụ thực hiện đề tài:
− Tìm hiểu tổng quát về đề tài.
− Tính tốn, thiết kế phần cơ khí của hệ thống.
− Lựa chọn phương án thiết kế mô hình tối ưu nhất.
− Tính tốn thiết kế giá đỡ mơ hình.
− Mua thiết bị cho mơ hình.
− Thực nghiệm hệ thống trên xe.
− Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
TP. HCM, ngày 14 tháng 05 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Kế Thức

Nguyễn Văn Nhanh


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của chúng tơi được thực hiện dưới
sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Nhanh và dựa vào một số tài liệu, đề tài trước đó
và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình có trước.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 09 năm 2021
(Ký tên và ghi rõ họ tên)


Nguyễn Trung Hiếu

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Cao Gia Bảo

i

Nguyễn Kế Thức

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện báo cáo, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng
dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Nhanh, nhóm tơi đã hồn thành báo cáo đúng thời
gian quy định. Để hồn thành cuốn báo cáo này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đối với TS. Nguyễn Văn Nhanh, thầy là người tận tâm hết lịng vì học viên, hướng
dẫn nhiệt tình và cung cấp cho nhóm tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong thời
gian thực hiện báo cáo.
Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường Đại học Công Nghệ TP. Hồ Chí
Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tơi, giúp tơi học tập và nghiên cứu
trong q trình học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Kỹ thuật Đại học Cơng Nghệ TP. Hồ
Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm
báo cáo tại trường.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tơi trong

q trình thực hiện báo cáo.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị Viện Kỹ thuật đã đóng góp ý kiến cho tơi trong
q trình thực hiện báo cáo này.

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TÔ

ii

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
TRANG
PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ....................3
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................4
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ........................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................11
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI..........................................................................12
1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................12
1.2 Mục tiêu của đề tài ..........................................................................................12
1.3 Nhiệm vụ của đề tài ........................................................................................13
1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................13
1.5 Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................13

1.6 Ý nghĩa đề tài ..................................................................................................14
1.7 Bố cục đề tài ...................................................................................................14
Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP .................................................................15
2.1 Ưu nhược điểm của hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật ....................................15
2.2 Các phương án thực hiện cảnh báo tài xế ngủ gật trên ô tô ............................15
2.2.1 Phương pháp dựa vào sinh lý người lái xe ..............................................15
2.2.2 Phương pháp dựa vào HĐ và phản ứng điều khiển xe của người lái xe .16
2.3 Các hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật .............................................................16
2.3.1 Dạng đeo lên tai người lái xe ..................................................................16
2.3.2 Dạng lắp đặt trên xe ô tô .........................................................................16
2.4 Hệ thống cảnh báo ngủ gật của các hãng xe ...................................................16

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

iii

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.4.1 Hãng Mercedes - Benz: thiết bị Attention ...............................................16
2.4.2 Hãng Hyundai: hệ thống chống ngủ gật DDREM cho tài xế ..................18
2.4.3 Hãng Honda: Hệ thống cảnh báo chống buồn ngủ Driver Attention
Monitor .............................................................................................................19
2.5 Các nghiên cứu hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật ở Việt Nam.......................20
2.5.1 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị nhúng kiểm soát trạng thái ngủ gật
của lái xe ...........................................................................................................20
2.5.2 Thiết kế hệ thống cảnh báo lái xe ngủ gật bằng phương pháp xây dựng
ứng dụng với thư viện mã nguồn OpenCV ......................................................23

2.6 Hướng phát triển đề tài ...................................................................................26
2.7 Kết luận ...........................................................................................................26
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ........................................................27
3.1 Xác định những biểu hiện cơ bản và rút trích đặc trưng cơ bản xác định trạng
thái ngủ gật............................................................................................................27
3.2 Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản cho thiết bị giám sát trạng thái buồn ngủ
của lái xe trong điều kiện giao thông và thời tiết ở Việt Nam ..............................28
3.2.1 Xác định tư thế của đầu dựa vào phát hiện khuôn mặt trong các trường
hợp đầu chuyển động........................................................................................28
3.2.2 Tìm con ngươi từ khuôn mặt để xác định mắt nhắm hay mở .................31
3.2.3 Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản cho thiết bị giám sát trạng thái buồn
ngủ của lái xe ....................................................................................................33
3.3 Phần mềm xử lý ảnh .......................................................................................34
3.3.1 Thư viện OpenCV ...................................................................................34
3.3.2 Cách tổ chức thư viện OpenCV...............................................................34
3.3.3 Tổng quan phương pháp Haar-like..........................................................36
3.4 Kết luận ...........................................................................................................44
Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀI XẾ NGỦ
GẬT ..........................................................................................................................45
4.1 Mô hình hệ thống cảnh báo ngủ gật tài xế cần thiết kế ..................................45

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

iv

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


4.1.1 Yêu cầu của mô hình hệ thống ................................................................45
4.1.2 Mơ tả về hệ thống cảnh báo ngủ gật tài xế cần thiết kế ..........................45
4.2 Thiết kế tính tốn phần điện của mơ hình.......................................................46
4.2.1 Tín hiệu đầu vào ......................................................................................46
4.2.2 Khối nguồn cho hệ thống ........................................................................47
4.2.3 Bộ xử lý trung tâm ...................................................................................47
4.2.4 Khối cảnh báo ..........................................................................................51
4.2.5 Khối hiển thị ............................................................................................53
4.3 Thiết kế thuật toán và phần mềm phát hiện ngủ gật .......................................53
4.3.1 Thiết kế các thuật toán xác định trạng thái buồn ngủ của lái xe .............53
4.3.2 Thiết kế phần mềm phát hiện ngủ gật bằng các thuật toán đã đề xuất ....60
4.4 Cài đặt phần mềm vào bộ xử lý trung tâm ......................................................66
Chương 5: THI CÔNG LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM ......................................69
5.1 Thi công lắp ráp hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật lên xe ô tô .......................69
5.1.1 Lắp camera hồng ngoại ...........................................................................69
5.1.2 Lắp màn LCD theo dõi hoạt động của hệ thống .....................................69
5.1.3 Lắp khối cảnh báo âm thanh....................................................................69
5.1.4 Lắp bộ xử lý trung tâm ............................................................................70
5.1.5 Vị trí lấy nguồn........................................................................................70
5.1.6 Mơ hình sau khi lắp hoàn thiện ...............................................................70
5.2 Xây dựng các trường hợp thực nghiệm và kết quả thực nghiệm thu được ....71
5.2.1 Xây dựng các trường hợp thực nghiệm ...................................................71
5.2.2 Kết quả thử nghiệm .................................................................................74
5.3 Kết luận ...........................................................................................................75
Chương 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN ...........................................76
6.1 Kết luận ...........................................................................................................76
6.2 Kiến nghị.........................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78
PHỤ LỤC .................................................................................................................79


CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

v

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
DDREM
AI
GPS

Chú thích
Departed Driver Rescue & Exit Maneuver
Artificial Intelligence
Global Positioning System

GPRS

General Packet Radio Service

LED

Light Emitting Diode

API


Application Programming Interface

GIS

Geographic Information System

GUI

Graphical User Interface

XML

eXtensible Markup Language

CPU

Central Processing Unit

USB

Universal Serial Bus

LCD

Liquid-Crystal Display

LAN

Local Area Network


LPDDR

Low-Power Double Data Rate Synchronous Dynamic Random
Access Memory

HDMI

High-Definition Multimedia Interface

RAM

Random Access Memory

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

vi

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật cơ bản cho thiết bị giám sát trạng thái buồn ngủ của
lái xe ..........................................................................................................................33
Bảng 4.1: Cấu hình Chip BCM2837 ........................................................................49

Bảng 4.2: Thơng số kỹ thuật khối xử lý trung tâm...................................................50
Bảng 5.1: Bảng ghi và tổng hợp kết quả thực nghiệm .............................................73
Bảng 5.2: Bảng tổng hợp kết quả đo trên xe KIA MORNING ................................75

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

vii

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Hệ thống chống ngủ gật DDREM ............................................................18
Hình 2.2: Mức cảnh báo chú ý được hiển thị theo từng cấp độ ...............................19
Hình 2.3: Các mức cảnh báo buồn ngủ được hiển thị theo 4 cấp độ .......................20
Hình 2.4: Nhận dạng khn mặt và đơi mắt ............................................................25
Hình 3.1: Các phương pháp phát hiện trạng thái buồn ngủ [7] ................................27
Hình 3.2: Gốc tọa độ của frame ảnh trong hệ trục tọa độ ........................................29
Hình 3.3: Trạng thái khn mặt ở vị trí chuẩn .........................................................29
Hình 3.4: Khn mặt đang quay sang bên phải .......................................................30
Hình 3.5: Khn mặt quay sang trái ........................................................................30
Hình 3.6: Khn mặt ngửa ra sau ............................................................................31
Hình 3.7: Khn mặt cúi xuống dưới.......................................................................31
Hình 3.8: Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đang mở ......................................31

Hình 3.9: Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đóng ............................................32
Hình 3.10: Giám sát trạng thái mắt ..........................................................................33
Hình 3.11: Tổ chức thư viện OpenCV .....................................................................35
Hình 3.12: Tổng quan phương pháp phát hiện mặt người bằng Haar-like ..............36
Hình 3.13: Giá trị của ảnh tích hợp tại vị trí (x, y)...................................................38
Hình 3.14: Mơ tả cách tính tốn ảnh tích hợp từ ảnh ban đầu .................................39
Hình 3.15: Ví dụ các điểm ảnh trong một vùng hình chữ nhật ................................39
Hình 3.16: Đặc trưng thứ nhất và thứ hai được lựa chọn bởi AdaBoost .................40
Hình 3.17: Các đặc trưng Haar-like cơ bản..............................................................41
Hình 3.18: Một số đặc trưng cạnh ............................................................................41
Hình 3.19: Một số đặc trưng đường .........................................................................41
Hình 3.20: Đặc trưng xung quanh tâm .....................................................................41

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

viii

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 4.1: Sơ đồ khối thiết bị phát hiện và cảnh báo trạng thái ngủ gật ...................45
Hình 4.2: Camera hồng ngoại ..................................................................................46
Hình 4.3: Khối nguồn hệ thống ................................................................................47
Hình 4.4: Sơ đồ kết nối chip BCM2837 trên Board Raspberry Pi 4 ........................48
Hình 4.5: Khối xử lý trung tâm ................................................................................51
Hình 4.6: Khối cảnh báo âm thanh ...........................................................................52
Hình 4.7: Khối cảnh báo ánh sáng ...........................................................................52
Hình 4.8: Màn hình LCD theo dõi hoạt động của hệ thống. ....................................53

Hình 4.9: Gốc tọa độ của frame ảnh trong hệ trục tọa độ ........................................54
Hình 4.10: Trạng thái khn mặt ở vị trí chuẩn .......................................................54
Hình 4.11: Khn mặt quay sang trái ......................................................................55
Hình 4.12: Khn mặt đang quay sang bên phải .....................................................55
Hình 4.13: Khn mặt ngửa ra sau ..........................................................................56
Hình 4.14: Khn mặt cúi xuống dưới.....................................................................56
Hình 4.15: Cách tính diện tích khn mặt phát hiện được ......................................57
Hình 4.16: Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đang mở ....................................58
Hình 4.17: Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đóng ..........................................58
Hình 4.18: Xác định trạng thái mắt ..........................................................................59
Hình 4.19: Lưu đồ chương trình tổng quát phát hiện buồn ngủ của lái xe ..............61
Hình 4.20: Lưu đồ chương trình xác định vị trí đầu người lái xe ............................63
Hình 4.21: Lưu đồ chương trình xác định vùng mặt theo phát hiện vùng mũi ........64
Hình 4.22: Lưu đồ thuật tốn xác định vùng mắt và con ngươi ..............................65
Hình 4.23: Cài đặt chương trình ...............................................................................66
Hình 4.24: Xây dựng code .......................................................................................66
Hình 4.25: Nạp code xuống thiết bị .........................................................................67
Hình 4.26: Chạy chương trình ..................................................................................67
Hình 4.27: Hình ảnh và Code xác định trạng thái của tài xế ...................................68

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ix

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 5.1: Lắp camera hồng ngoại ............................................................................69

Hình 5.2: Lắp màn hình LCD...................................................................................69
Hình 5.3: Lắp loa cảnh báo ......................................................................................69
Hình 5.4: Lắp bộ xử lý trung tâm .............................................................................70
Hình 5.5: Vị trí lấy nguồn hệ thống .........................................................................70
Hình 5.6: Mơ hình hệ thống sau khi lắp đặt hồn thiện ...........................................70
Hình 5.7: Thiết bị hoạt động ở điều kiện ban ngày ..................................................71
Hình 5.8: Thiết bị hoạt động ở điều kiện ban đêm ...................................................72
Hình 5.9: Biểu đồ tổng hợp kết quả đo trên xe 5 chỗ của đơn vị .............................74

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

x

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng, các
trang thiết bị, bộ phận trên ô tô ngày càng hoàn thiện hơn và hiện đại đóng vai trị
quan trọng đối với việc đảm bảo độ tin cậy, an toàn cho người vận hành và chuyển
động của ô tô. Là những sinh viên được đào tạo tại trường Đại Học Cơng Nghệ TP.
Hồ Chí Minh chúng em được các thầy cô trang bị cho những kiến thức cơ bản về
chuyên môn. Để tổng kết và đánh giá quá trình học tập và rèn luyện tại trường em
chọn đề tài báo cáo “Thiết kế hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật trên ô tô – Thi cơng,
lắp đặt và thực nghiệm hệ thống”. Trong q trình thực hiện báo cáo, do trình độ và
sự hiểu biết còn hạn chế. Nhưng được sự chỉ bảo của các thầy (cô) trong Viện kỹ
thuật đặc biệt là TS. Nguyễn Văn Nhanh, nay đề tài của chúng em đã được hồn thành
đúng thời hạn. Tuy vậy đề tài cịn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy (cơ) đóng góp

ý kiến để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

11

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương 1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Khoảng một thập niên trở lại đây, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội nước ta thì
người dân sở hữu ơ tơ ngày càng nhiều, đồng hành đó thì mạng lưới giao thơng đường
bộ cũng phát triển theo nhưng bên cạnh đó tình hình tai nạn giao thơng xảy ra có
chiều hướng nghiêm trọng hơn. Một trong những ngun nhân chính gây ra tai nạn
giao thơng đó vấn đề mất tập trung của người lái, đó là dấu hiệu của buồn ngủ khi
điều khiển phương tiện giao thông.
Tại hội nghị khoa học thường niên Hội Hô hấp Việt Nam và Chương trình đào tạo
y khoa liên tục 2015 được tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh, Giáo sư Telfilo Lee Chiong,
Trung tâm National Jewish Health, Mỹ cho biết: “Thiếu ngủ là một trong những
nguyên nhân chính gây ra tai nạn giao thông trên thế giới. Ước tính khoảng 10-15%
tai nạn xe liên quan đến thiếu ngủ. Nghiên cứu về giấc ngủ của các tài xế 19 quốc gia
Châu Âu cho thấy, tỷ lệ buồn ngủ khi lái xe cao, trung bình 17%. Trong đó 10,8%
người buồn ngủ khi lái xe ít nhất một lần trong tháng, 7% từng gây ra tai nạn giao
thông do buồn ngủ, 18% suýt gây ra tai nạn do buồn ngủ”.
Việc cảnh báo sớm tình trạng buồn ngủ của tài xế sẽ hạn chế được rất nhiều rủi ro,

đảm bảo tính mạng và an toàn đối với người lái, hay người ngồi trong xe. Do đó, việc
phát triển các ứng dụng để cảnh báo kịp thời tình trạng mất tập trung của tài xế hay
có dấu hiệu buồn ngủ là rất cần thiếc.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu nhóm thực hiện đề tài để nghiên cứu, thiết kế và tìm hiểu rõ hơn về các
tính năng an tồn được trang bị trên ơ tơ ngày nay nói chung . Bên cạnh điều này
nhóm tập làm quen và trao dồi học hỏi kinh nghiệm làm việc với một tập thể từ việc
quản lý phân công đến hỗ trợ giúp đở lẫn nhau. Đây là một trong những khơng gian
để sinh viên có thể học tập, thoải mái sáng tạo và học hỏi lẫn nhau. Đây là một bài đồ

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

12

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

án vô cùng quan trọng đối với sinh viên chúng em nên cũng góp phần rất nhiều giúp
cho chúng em có thêm kinh nghiệm làm báo cáo, thuyết trình, biện luận… từ những
kinh nghiệm nhỏ này sẽ góp thêm dần dần và tăng trưởng để sau này chúng em khi
đi làm khơng gặp khó khăn mà thành cơng hơn.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài
− Tìm hiểu tổng quát về đề tài.
− Khảo sát lựa chọn các bộ phận, cụm chi tiết phù hợp cho mô hình.
− Xây dựng quy trình thi cơng, lắp ráp.
− Làm PowerPoint thuyết trình.
− Lựa chọn phần mềm lập trình.
− Xây dựng thuật tốn điều khiển.

− Lập trình hệ thống trên phần mềm.
− Lựa chọn phương án thiết kế mơ hình tối ưu nhất.
− Mua thiết bị cho mơ hình.
− Thực nghiệm hệ thống trên xe thực tế.
− Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
− Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan như sách, các bài báo và internet.
− Tìm hiểu dấu hiệu ngủ gật của người lái xe ô tô.
− Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển.
− Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử.
− Đánh giá hiệu quả của hệ thống điều khiển.
1.5 Đối tượng nghiên cứu
Theo thống kê của Ủy ban An tồn giao thơng quốc gia, những vụ tai nạn giao
thông liên quan tới giấc ngủ chiếm tới 30% tổng các vụ giao thông trong một năm.
Chỉ trong năm 2019, nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng đã xảy ra do tài xế ngủ gật. Vì
vậy chúng em chọn đối tượng nghiên cứu là thiết bị cảnh báo tài xế ngủ gật dành cho
những tài xế lái xe đường dài.

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

13

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.6 Ý nghĩa đề tài
Hiện nay, một số hãng sản xuất ô tô như Luxus, Volvo, Volkswagen, Hyundai…
đã tích hợp một số thiết bị cảnh báo ngủ gật khi lái xe. Tuy nhiên, đó là ở các nước

phát triển như Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản,... cịn ở Việt Nam thì chưa có nhiều các
nghiên cứu hay thiết bị như vậy được áp dụng vào thực tế để giảm thiếu các tai nạn
liên quan đến ngủ gật khi đang lái xe, trong khi số lượng và mức độ thiệt hại về người
và tài sản do các tai nạn như vậy gây ra ngày càng lớn.
Do vậy, đề tài được thực hiện với mục đích nâng cao ý thức, về vấn đề mất an toàn
do điều khiển phương tiện khi buồn ngủ. Thiết bị tạo ra để giúp hạn chế phần nào các
tai nạn đáng tiếc xảy ra với phương tiện, bản thân và những người xung quanh do
tình trạng buồn ngủ khi lái xe mà có thể ứng dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam
hiện nay và cũng góp phần thúc đẩy các nghiên cứu về các vấn để liên quan đến ô tô.
1.7 Bố cục đề tài
Nội dung báo cáo gồm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế thi công lắp ráp và thử nghiệm
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

14

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương 2

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Ưu nhược điểm của hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật
− Ưu điểm:

+ Hạn chế tối đa các trường hợp tai nạn do tài xế ngủ gục khi lái xe.
+ Thiết bị nhỏ gọn, tính năng làm việc cao.
+ Công nghệ hiện đại, thông minh
− Nhược điểm:
+ Do chi phí cịn cao, nên cịn chưa lắp đạt đại trà lên các dòng xe
2.2 Các phương án thực hiện cảnh báo tài xế ngủ gật trên ô tô
Trên thế giới và Việt Nam đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để giải quyết
việc cảnh báo sự mất tập trung do buồn ngủ của tài xế. Những phương pháp chú yếu
đó là: dựa vào sinh lý người tài xế và dựa vào hoạt động, phản ứng diều khiển xe của
người tài xế.
2.2.1 Phương pháp dựa vào sinh lý người lái xe
Đây là phương pháp cho độ chính xác cao và được thực hiện qua hai kỹ thuật sau:
− Kỹ thuật thứ nhất: Theo dõi, đánh giá các thay đổi về sinh lý của người lái
xe như sự thay đổi nhịp tim, sóng não và nháy mắt. Để thực hiện kỹ thuật
này, các thiết bị sẽ được gắn trực tiếp lên cơ thể người lái xe. Do đó, chúng
gây cảm giác khó chịu cho người lái xe. Mặt khác, trong quá trình hoạt động
cơ thể xuất hiện mổ hơi trên bề mặt da làm giảm độ chính xác của các thiết
bị.
− Kỹ thuật thứ hai: Đây là phương pháp xác định và đo lường sự thay đổi trên
cơ thể như tư thế ngồi, vị trí nghiêng đầu, trạng thái nhắm mắt hoặc mờ mắt,
cử động miệng của lái xe. Với kỹ thuật này thì khơng cần tác động trực tiếp
vào cơ thể mà sử dụng các thiết bị ghi hình để ghi lại các thay đổi đó.

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TÔ

15

17DOTC3



BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.2.2 Phương pháp dựa vào hoạt động và phản ứng điều khiển xe của người lái
xe
Đây là kỹ thuật được thực hiện bằng cách theo dõi chuyển động của tay lái, phanh
xe, tốc độ xe, sự di chuyển sang ngang,… Phương pháp này cũng không trực tiếp tác
động vào người lái xe, tuy nhiên nó lại hạn chế bởi loại xe và điều kiện lái xe.
2.3 Các hệ thống cảnh báo tài xế ngủ gật
Hiện nay, các hệ thống cảnh báo ngủ gật được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên
thể giới có hai dạng: dạng đeo lên tai lái xe và dạng gắn trên xe như một hệ thống hỗ
trợ người lái nhận biết dấu hiệu buồn ngủ.
2.3.1 Dạng đeo lên tai người lái xe
Về cấu tạo, hệ thống chống ngủ gật đeo tai được làm từ vật liệu dẻo siêu nhẹ với
phần móc cài qua tai giống như tai nghe nhạc headphone. Khi được kích hoạt, chức
năng cảm biến bên trong máy sẽ đo góc vng khi đầu thẳng. Thiết bị báo động thơng
bảo góc đo ở mức 0° khi lái xe tính táo (đầu giữ ở tư thế thẳng), Khi người lái có dấu
hiệu gà gật, đầu ngã xuống, góc đo của máy cảm biển tự động tăng từ 00 – 150 hay
300, máy lập tức phát âm thanh để cảnh báo người dùng. Âm thanh này được thiết lập
đủ lớn để đánh thức lái xe song khơng q chói để tránh tình trạng người đeo chống
tỉnh và nhấn nhầm ga hay bẻ vơ lăng do giật mình.
Một số hãng sản xuất: Nap Zapper 1, No Nap, Doze Alert.
Ưu điểm: nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, giá cả vừa phái.
Nhược diểm: có thể cành báo trong những trường hợp khơng mong muốn hoặc gây
giật mình cho lái xe khi âm lượng quá cao.
2.3.2 Dạng lắp đặt trên xe ô tô
Dạng này thì các thiết bị được lắp đặt trên xe ô tô với hệ thống camera và màn hình
cảm biến.
2.4 Hệ thống cảnh báo ngủ gật của các hãng xe
2.4.1 Hãng Mercedes - Benz: thiết bị Attention
Cách hoạt động của Attention Assist:


CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

16

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

− Attention Assist phân tích hành vi lái xe trong vài phút đầu tiên của chuyến đi
và đánh giá kỹ thuật lái xe cá nhân của bạn bằng cách sử dụng hơn 70 thông số.
− Trong khi bạn đang lái xe, Attention Assist xác định một số hiệu chỉnh lái cho
thấy buồn ngủ và mệt mỏi. Attention Assist cũng xem xét các yếu tố bên ngồi,
bao gồm điều kiện đường xá, điều kiện gió và sự tương tác của bạn với việc
điều khiển xe.
− Sau khi xem xét các yếu tố bên ngoài này, Attention Assist sẽ gửi cho bạn một
cảnh báo đề nghị bạn tạm dừng lái xe nếu hệ thống xác định rằng hành vi lái xe
của bạn có dấu hiệu mệt mỏi.
− Các cảnh báo của Attention Assist sẽ bắt đầu được kích hoạt trong dãy tốc độ
từ 60 km/h đến 200 km/h. Nếu nhận thấy người lái đang có dấu hiệu mệt mỏi,
hệ thống lần lượt đưa ra các mức độ cảnh báo dựa trên các dữ liệu được thu thập
và sự phản hồi của tài xế:
+ Mức độ 1: Trên bảng đồng hồ táp-lô sẽ thông báo “Take a break!”
+ Mức độ 2: Khi người lái khơng phản hồi: Tín hiệu âm thanh: Ding!Ding!Ding!
và rung vô lăng để nhắc nhở người lái.
− Người dùng chỉ có thể OFF các cảnh báo của hệ thống trước khi bắt đầu hành
trình. Khi các cảnh báo đã được đưa ra, tài xế sẽ khơng thể tắt được. Thay vào
đó, tài xế buộc phải tấp vào lề, dừng xe, tắt máy, xuống xe và cuối cùng là đóng
cửa lại để Attention Assist khởi động lại.

Ưu điểm: Hệ thống cảnh báo mất tập trung – Attention Assist còn cho phép

người điều khiển phương tiện kiểm tra mức độ tập trung thơng qua màn hình táp
lơ phía trước tài xế. Khi tài xế chọn vào mục Attention Assist, trên màn hình sẽ
hiển thị những thơng tin sau:
− Chiều dài của hành trình kể từ lần nghỉ gần nhất.
− Mức độ tập trung được xác định bởi hệ thống cảnh báo mất tập trung được
hiển thị theo dạng cột theo năm mức từ thấp đến cao.

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

17

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nhược điểm: Attention Assist hoạt động hoàn toàn dựa trên các dữ liệu thu thập

nên đôi khi sẽ đưa ra những sai lệch trong cảnh báo nếu có sự đổi người lái hoặc
hành vi lái xe vì một lý do nào đó.
2.4.2 Hãng Hyundai: hệ thống chống ngủ gật DDREM cho tài xế
Hệ thống DDREM sử dụng một camera hồng ngoại để theo dõi và phân tích các
chuyển động của mắt cũng như khn mặt để phát hiện dấu hiệu buồn ngủ của tài xế.
Hệ thống này cũng giám sát hệ thống hỗ trợ lái xe để xem xe có đang đi chệch làn
đường khơng và điều chỉnh sao cho xe đi đúng làn đường trở lại. Nếu hệ thống xác
nhận người lái đã ngủ và khơng phản hồi gì thì DDREM sẽ chuyển xe sang chế độ lái
tự động 4 để có thể tự tìm một nơi an tồn và dừng xe lại.


Hình 2.1: Hệ thống chống ngủ gật DDREM
Công nghệ này tương tự chức năng cảnh báo của hệ thống tự lái cấp độ 3 trên chiếc
Audi A8. Trong khi kích hoạt phím chức năng “hỗ trợ lái xe khi tắc đường” thì một
camera kiểm tra xem người lái xe có chuẩn bị để tiếp tục công việc lái xe nếu cần
thiết. Camera này phân tích vị trí và chuyển động của đầu và mắt để tạo ra dữ liệu
cho robot AI phân tích. Nếu mắt của lái xe vẫn nhắm trong một khoảng thời gian dài,
hệ thống sẽ nhắc người lái xe tiếp tục công việc lái xe, tránh trường hợp lái xe ngủ
gục rất nguy hiểm.

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

18

17DOTC3


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đối với hệ thống cảnh báo ngủ gật DDREM của Hyundai là nó sử dụng phần cứng
mà có trên hầu hết các xe đời mới, nên hệ thống DDREM sẽ dễ dàng trang bị phổ
biến trên những mẫu xe phổ thông của Hyundai. Hệ thống bao gồm: hệ thống trợ lực
tay lái điện, camera, cảm biến radar và hệ thống định vị GPS.
2.4.3 Hãng Honda: Hệ thống cảnh báo chống buồn ngủ Driver Attention
Monitor

Hình 2.2: Mức cảnh báo chú ý được hiển thị theo từng cấp độ
Hệ thống cảnh báo chống buồn ngủ hoạt động khi lái xe trên đường cao tốc hay
quốc lộ, căn cứ vào hoạt động của vô lăng để nhận diện mức độ tập trung của người
lái xe giảm đi. Hệ thống cảnh báo chống buồn ngủ sẽ phát ra tín hiệu cảnh báo theo
mức độ thông qua: tin nhắn, âm thanh, rung tay lái.

Mức hệ thống cảnh báo chống buồn ngủ được hiển thị theo 4 cấp độ từ 4 vạch đến
1 vạch (1 vạch là mức nguy hiểm nhất)

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

19

17DOTC3