交通大學系統工程創新教學 控制系統實驗 期末專題

1. 控制系統工程專題
防油門誤踩系統
0110762 陳昱銘
0110778 高一弘

2. 大綱
構想
可行性分析
軟硬體架構
重要功能
Demo影片
問題分析
未來展望

3. 構想
動機
市面類似產品
SCAMPER

4. 動機
經常有新聞播報駕駛誤踩油門導致悲劇的事件，為
了防止類似的遺憾發生，一個能預防誤踩油門的系
統值得進一步做研發。

5. 市面類似產品

6. SCAMPER
替代(S)
• TPS(節氣門位置感測器)改為踏板角度感知器
調適(A)
• 蜂鳴器除了誤踩油門警報，還加入近距離障礙物警報
• 多次踩踏踏板會介入剎車並且斷開油門

7. 可行性分析
成員背景簡介
時程可行性
經濟可行性

8. 可行性分析
成員背景簡介
 修習過微算機課程
 接觸過8051以及Arduino
 做過小專題

9. 可行性分析
時程可行性
週次 時間 工作細項分析
Week-11 5/03~5/09
1. 量測距離參數
2. 撰寫判斷式架構(判斷遠近)
Week-12 5/10~5/16
1. 量測踏板輸出參數
2. 找出車速與角度間模擬曲線
Week-13 5/17~5/23 找出車速與角度間模擬曲線
Week-14 5/24~5/30 撰寫車速抑制判斷式
Week-15 5/31~6/06 撰寫近距離警報功能
Week-16 6/07~6/13 實際測試
Week-17 6/14~6/20 數據整理與報告製作
Week-18 6/21~6/27
展現成果

10. 可行性分析
經濟可行性
項目 經費
踏板與角度感測器 1500
Arduino主板 實驗室提供
超音波測距模組 實驗室提供
七段顯示器 實驗室提供
總計 1500
經費來源可向實驗室申請，一組的額度為2000元

11. 軟硬體架構
主體架構
示意圖
架構流程圖
使用軟/硬體

12. 主體架構
主要分為三區塊
 油門端
油門踏板、角度感測器
 電腦端
Arduino、車速模擬、蜂鳴器警示器
 測距端
超音波測距模組
油門端
電腦端
測距端
線路回傳
線路回傳

13. 示意圖
車速顯示器代表的是車子模擬速度，
是根據油門踏板踩下角度做顯示
超音波感測模組持續偵測車子前後是
否有距離很近的障礙物，若有，且此
時角度感測器超過全部的2/3，則電腦
端(Arduino)在判斷後會將車速降至怠
速並同時啟動蜂鳴警示器
角度感測器
Arduino
超音波感測模組
車速顯示器
蜂鳴器
Filter
Kp

14. 架構流程圖
開始
接收超音波模組以及TPS回
傳的數值並將TPS的數值轉
換成相對車速顯示
是否有近距離障礙物？
否
踏板角度超過全部的2/3？
是
否
使車子怠速或停止，
並啟動警示器
是
油門是否持續踩下？
是
否

15. 使用硬體
油門角度感測器
回傳電壓值做為車速模擬的依據
Arduino板
超音波測距模組
七段顯示器
蜂鳴器模組

16. 油門角度感測器
根據踏板踩下角度輸出電壓訊號
腳位
PIN 1: 至儀錶板
PIN 2: 至儀錶板
PIN 3: 至儀錶板
PIN 4: GND
PIN 5: 輸出電壓
PIN 6: 12電源
1 2 3 4 5 6

17. 超音波測距模組
 此專題用的超音波模組HC-SR04為分離反射型
 距離=(量測超音波發射至收到的總時間x音速)/2
 產品特色
1、工作用電壓：5V。
2、感應角度：不大於15 度。
3、探測距離：2cm ~ 400cm
4、高精度：可達0.3cm。
5、盲區(2cm)超近。
Vcc Trig(控制端) Echo(接收端) GND

18. 超音波測距模組
Trig接腳輸入
至少10s 至少10s
8個40HKz的方波
模組內部
自動發送
Echo接腳輸出
High的時間與測量距離成正比
距離=(High時間聲速)/2

19. 七段顯示器模組
 IC7447解碼器配合4個七段顯示器
 用分時掃描顯示與視覺暫留的方法控制4個七段

20. 蜂鳴器模組
 電磁式蜂鳴器
 一端接地，一端輸入Duty cycle=1/2的方波
 一個方波週期，蜂鳴器內部金屬片被吸放一次
 輸入連續方波使金屬片震動
 振動頻率取決於方波週期→方波週期決定聲音頻率
 聲音頻率 Hz = 1/方波週期(𝑠)

21. 使用軟體
Arduino程式語言

22. 重要功能
功能一
測距→感測→怠速
功能二
多次誤踩→介入煞車
功能三
測距→近距離警報

23. DEMO影片
功能一

24. DEMO影片
功能二

25. DEMO影片
功能三

26. 問題分析
腳位0-7接到七段顯示器時無法正常顯示
 Digital1( Tx )啟動時有週期性輸出
 Digital1為控制第二顆七段的腳位
→重複顯示別的七段的數值
 更換輸出腳位至digiral 6-13

27. 問題分析
車速變換過快→七段數值變換過於頻繁
 加入計數器，每更換兩次車速才顯示一次
if(counter%2==0)
led.show();
…
counter = (counter+1)%2;

28. 問題分析
超音波副程式時間過長，導致七段顯示器顯示停滯
 進入副程式後使七段更新數值
 在sonic.run()程式中呼叫led->run()

29. 問題分析
超音波副程式時間過長，導致七段顯示器顯示停滯
 進入副程式後使七段更新數值
 在sonic.run()程式中呼叫led->run()

30. 未來展望
 加入馬達與輪子，更真實的模擬車速
 以PID來穩定車速
 更換測距方式，增加反應速度