Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn

Nội dung tóm tắt: Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn

1. BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu Ở Xã hội Việt Nam hiện nay, ngành giao thông đang trong đà phát triển. Hiện nay trên thị trường tồn tại rất nhiều phương tiện khác nhau để đáp ứng nhu cầu đi lại của người tiêu dùng. Và chúng ta không thể không kể đến một phương tiện phổ biến đó chính là xe máy.Việc sử dụng xe máy của những người khi đi làm xa, những người đi du lịch bằng xe máy, thói quen của mọi người vừa đi xe vừa sử dụng điện thoại di động đã dẫn đến không ít các tai nạn giao thông đáng tiếc. Những tai nạn có thể bất ngờ ập đến bất cứ lúc nào, tuy nhiên có không ít trường hợp sau khi gặp phải tai nạn, những người xung quanh không thể nào thông báo đến người thân của nạn nhân vì điện thoại của họ khóa máy và không có thông tin liên lạc của người thân. Chính vì như vậy tôi đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu đề tài : Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn. 2. Tên sáng kiến: “Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn.” 3. Tác giả sáng kiến: - Họ và tên: Phùng Thị Thiết. - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THCS Hoàng Lâu – Huyện Tam Dương – Tỉnh Vĩnh Phúc. - Số điện thoại: 0912853378 - E-mail:phungthithiet@gmail.com 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: 1
2. Giáo Viên: Phùng Thị Thiết 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: 37 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: - Đội tuyển dự thi KHKT: 5/3/2018 7. Mô tả bản chất của sáng kiến: * Về nội dung của sáng kiến: 7.1. Cơ sở lí luận. 7.1.1. Những vấn đề đang tồn tại Hiện nay tai nạn giao thông xảy ra mọi lúc mọi nơi mọi thời điểm. Số lượng người tham gia giao thông ngày càng tăng khiến cho tai nạn giao thông xảy ra ngày càng nhiều. Trên các trang mạng xã hội tôi đã gặp rất nhiều những bài viết đăng tìm người thân nạn nhân tai nạn giao thông. Có những người vô cảm họ chỉ biết đứng chụp hình còn những người tốt thì hộ ái ngại đưa nạn nhân vào bệnh viện vì họ sợ người nhà nạn nhân hiểu lầm. Hầu hết những nạn nhân tai nạn giao thông bất tỉnh họ đều cài đặt mật khẩu điện thoại khiến mọi người xung quanh không thể liên lạc được với người nhà nạn nhân. Chính vì thế tôi luôn băn khoăn suy nghĩ phải làm gì đó để có thể giúp mọi người xung quanh. Và tôi đã thiết kế và hướng dẫn các em chế tạo ra hệ thống này để các em dự thi khoa học kỹ thuật cấp huyện, cấp tỉnh. 7.1.2. Khái quát về các công trình nghiên cứu liên quan: 7.1.2.1. Trên thế giới 2
3. Trên thế giới có rất ít đề tài nghiên hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi gặp tai nạn với mục đích giúp cho mọi người sử dụng các mạch module sim tốt hơn, hầu hết những giải pháp này chỉ đáp ứng được một số thiết bị, mang tính chất đơn lẻ và chưa đi sâu vào việc chế tạo cảnh báo cho người thân khi xe máy gặp nạn. 7.1.2.2. Trong nước Xuất phát từ đam mê cá nhân với các sản phẩm thông minh, trưởng nhóm Phan Thế Lâm, hiện đang là sinh viên năm cuối trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã dành hơn 1 năm tìm hiểu và thử nghiệm nhiều ý tưởng khác nhau trước khi rủ thêm bạn bè tham gia Kawai với thiết bị có tên Savy Helmet's Assistant. Savy Helmet's Assistant cho phép người dùng nghe gọi điện thoại, đọc tin nhắn hand- free khi đang đi đường và đặc biệt là giúp phát hiện sớm các trường hợp tai nạn để cảnh báo cho người thân. Theo thiết kế chính thức, Savy có dáng trụ tròn, gắn vào phần chân đế cong có thể dễ dàng bám dính sát vào bên trong xe máy. Ngoài linh kiện bên trong, các chi tiết vỏ ngoài thiết bị đều được đặt làm bằng máy in 3D. Savy kết nối với điện thoại người đội qua Bluetooth và được tích hợp cảm biến chuyển động kết nối với một vi điều khiển trung tâm. Savy có thể đọc các thông số về gia tốc và vận tốc góc gửi về từ cảm biến với tần suất 3 ms/lần, tương đương 333 lần/s. Sau đó, vi điều khiển xử lý các giá trị được gửi về để xác định xem người đi xe máy có bị tai nạn hay không với độ chính xác khá cao. Nếu có tai nạn, thiết bị sẽ kích hoạt điện thoại của người đội mũ gửi cảnh báo kèm vị trí của họ trên bản đồ cho người thân qua ứng dụng Savy Helmet's Assistant. Trong trường hợp người thân không có kết nối Internet, thiết bị sẽ gửi vị trí của người đội cho họ qua SMS. Pin máy cũng cho phép người dùng sử dụng trong khoảng 6-8 tiếng đi đường. Tại Vĩnh Phúc chưa có tập thể hay cá nhân nào thực hiện dự án này, do vậy đây là lần đầu tiên dự án “Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn.” được thực hiện trong tỉnh. 3
4. 7.1.2.3 Kết luận Từ suy nghĩ của tôi, tôi đã nghĩ ra một ý tưởng hướng dẫn các em chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn để giúp đỡ mọi người có thể tìm được người nhà và giúp người nhà có thể định vị được nơi bị tai nạn. Để giảm đi sự cố đáng tiếc không sảy ra. *Phương pháp tối ưu tối ưu nhất Dựa trên cơ sở lí thuyết và tính toán, thiết kế, chế tạo theo từng giai đoạn, sau đó tìm phương án hợp lí, đơn giản và tiết kiệm nhất. Khảo sát thực tế, tìm hiểu hệ thống gọi điện thông báo cho người thân khi xe máy gặp tai nạn trước đó, kế thừa những ưu điểm, tìm cách khắc phục những nhược điểm để áp dụng và thiết kế dự án. Sau khi tìm hiểu nghiên cứu sẽ tiến hành nghiên cứu thiết kế mô hình trên lí thuyết, thiết kế các cơ cấu làm việc tự động. Giai đoạn tiếp theo là tiến hành chế tạo. Giai đoạn cuối là kiểm nghiệm sản phẩm, tìm ra những phương án chưa phù hợp từ đó sửa chữa và thay đổi phương án thiết kế kịp thời. 7.1.3. Mục tiêu nghiên cứu của dự án: Đề tài: “Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn” được tạo ra nhằm giúp học sinh nghiên cứu khoa học, tìm tòi sáng tạo để chế tạo ra sản phẩm công nghệ kỹ thuật giúp đỡ mọi người có thể sử dụng các mạch module sim, định vị tốt hơn. Đặc biệt hơn là lợi ích vô cùng to lớn mà hệ thông mang lại. Nó giúp đỡ người bị tai nạn trong việc liên lạc với người thân khi bị bất tỉnh, trong khi không mang theo thông tin liên lạc. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống. Đồng thời tìm ưu và nhược điểm của các thiết bị. 4
5. 7.1.4. Thiết kế và chế tạo: 7.1.4.1. Cơ sở thiết kế Như chúng ta đã biết, trong những năm qua, khoa học công nghệ và xử lí thông tin có những bước tiến vượt bậc và ngày càng phát triển mạnh. Đặc biệt, sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kĩ thuật số đã làm cho nghành điện tử trở lên phong phú và đa dạng hơn. Đã góp phần rất lớn trong việc đưa kĩ thuật công nghệ vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và đời sống xã hội. Từ những hệ thống lớn đến những hệ thống cá nhân, từ việc điều khiển các máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày của con người. Công nghệ số thực sự là một bước tiến lớn cho công nghệ hiện nay. Với mong muốn áp dụng công nghệ số vào thực tiễn hỗ trợ nạn nhân tai nạn giao thông bất tỉnh nên tôi đã thiết kế hệ thống gọi điện thông báo cho người thân khi xe máy gặp nạn. Như vậy, qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu các thiết bị đang có trên thị trường, tôi đã thấy được những ưu điểm như hoạt động thông minh và tự động hóa cao, có độ chính xác lớn. Chính vì vậy, đây là cơ sở nghiên cứu của tôi xây dựng lên dự án “Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn ” 7.1.4.2 Phương pháp thiết kế cơ khí và nguyên lý hoạt động 5
6. - Phương pháp thiết kế tổng quát Bảng mạch arduino là bộ phận quan trọng nhất của thiết bị. Nó là trung tâm vi xử lý của thiết bị. Mạch để điều khiển các thiết bị điện trong gia đình có thể hoạt động bình thường. Và để thiết kế được một mô hình đúng về mặt công nghệ số cũng như có tính thẩm mỹ thì vấn đề đặt ra là phải tính toán một cách chính xác và giải quyết vấn đề liên quan. Một công đoạn thiết kế bao gồm nhiều khâu nhỏ tỉ mỉ để hình thành mô hình trong thực tế hay cũng như việc chọn lọc các chi tiết có sẵn trong thực tế. Mô hình mạch điều khiển được thiết kế đơn giản gọn nhẹ, bền đẹp được đóng thành một hộp trên một mảng gỗ, có thể di chuyển dễ dàng. Quy trình thực hiện Đầu tiên thiết kế mạch điện trên cơ sở lí thuyết. Tìm kiếm vật liệu và lắp ráp các module, rơle, module sim, vi điều khiển, cảm biến gia tốc và cảm biến va chạm, thiết bị định vị. Gắn nguồn điện vào board mạch. Sau đó, lập trình, nạp code . Sau khi hoàn thành cho thiết bị hoạt động thử. Rút kinh nghiệm từ những lần chạy thử để khắc phục những khuyết điểm của mạch. Bước cuối cùng là hoàn thành bộ mạch gọi điện thoại thông báo cho người thân khi xe máy gặp nạn. 7.1.4.3 Cấu tạo - Hệ thống gồm 5 bộ phận chính: + Nguồn nuôi +Rơle 6
7. + Vi xử lí Arduino Mega2560 +Module sim + Cảm biến gia tốc + Cảm biến va chạm + Thiết bị định vị Hệ thống gọi điện cho người thân khi xe máy gặp nạn 7
8. Vi xử lí Arduino Mega2560 Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560. Bao gồm: 54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể được sủ dụng như những chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44, 45, 46). 6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18 (interrupt5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), and chân 21 (interrupt 2). CỔNG SERIAL CHÂN RX CHÂN TX Cổng 0 0 1 Cổng 1 19 18 Cổng 2 17 16 Cổng 3 15 14 16 chân vào analog (từ A0 đến A15). 8
9. 4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng: 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz. 1 cổng kết nối USB. 1 jack cắm điện. 1 đầu ICSP. 1 nút reset. Arduino Mega 2560 có thể sử dụng hầu hết các shiled dành cho các mạch Arduino Uno. Module cảm biến gia tốc Module cảm biến gia tốc sử dụng là module MPU-6050 GY-521 21 tích hợp gia tốc 3 trục + con quay hồi chuyển 3 trục giúp kiểm soát cân bằng hoặc định hướng chuyển động, nhận biết sự thay đổi vận tốc, Thông số kỹ thuật - Chip: MPU-6050 ( 16 bit ADC, 16 bit data out ) - Giá trị Gyroscapes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec - Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g - Giao tiếp: I2C - Nguồn sử dụng: 3V - 5V (DC) Module cảm biến va chạm Được sử dụng trong nhiều sản phẩm báo hiệu có chấn động, nhận biết rung động của vật thể. Đây là loại cảm biến rung dùng lò xo có độ nhạy cao tích hợp IC LM393 , ít ảnh hưởng bởi âm thanh bên ngoài. Thường dùng trong các hệ thống báo động, chống trộm, nhận biết rung động của vật thể. 9
10. Thông số kỹ thuật • Điện áp : 3 - 5 VDC • Ngõ ra : 3 - 5 VDC. • Dòng hoạt động: 10mA • Trở kháng: 10M • Kích thước : 10 x 30 x 20mm 10
11. Relay Rơ-le là một công tắc (khóa K). Nhưng khác với công tắc thường là rơ-le được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người. Dùng đóng ngắt điện cơ đơn giản với mục đích đóng ngắt các thiết bị điện theo yêu cầu. Relay thể rắn. Nguyên lý relay 5 chân. 11
12. Module sim Module sim 900A có thể kết nối với vi điều khiển để thực hiện các chức năng như: điều khiển qua cuộc gọi, điều khiển qua tin nhắn, gửi tín hiệu phản hồi từ cảm biến về điện thoại. Để kết nối với vi điều khiển các bạn chỉ cần sử dụng 4 chân trên module: Chân VCC, GND, TX và RX. Loại module này tích hợp sẵn tụ và diode trong module, giúp nó có thể hoạt động với các mạch Arduino. Trên mạch có 1 khe cắm thẻ sim, 1 angten, 1 tụ điện, tụ điện được sử dụng cho dòng thấp. Điện áp hoạt động của module sim900A là từ 4,2 đến 5V. Thiết bị định vị Mini A8 Thiết bị định vị vị trí Mini A8là thiết bị siêu nhỏ có kích thước chỉ bằng một phần ba 1/3 chiếc bật lửa ga, thiết bị sẽ truyền nhận tín hiệu có thông tin từ các vệ tinh nhân tạo bay vòng quanh trái đất, dựa vào khoảng cách từ thiết bị 12
13. định vị được gắn lên phương tiện đến với 3 vệ tinh khách nhau để có thể xác định vị trí của phương tiện đó trên mặt đất. Thông số kỹ thuật của thiết bị định vị Mini A8 : – Kích thước: 43.2 x 32 x 13,6 mm – Trọng lượng: 30g – Kết nối: gsm/gprs/gps – Gsm tần số: 850/900/1800/1900 MHz – Sạc đầu vào: AC110-220V 50/60 Hz – Sạc đầu ra: DC5V 500mA – Pin: có thể sạc lại pin 3.7v 500mA pin li-ion – Nhiệt độ bảo quản:-40 đến 80 độ – Nhiệt độ làm việc:-20 đến 55 độ Nguyên lý hoạt động của hệ thống Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau: Khi xảy ra tai nạn thì thiết bị cảm biến va chạm sẽ đo được va chạm của lực tác động vào xe. Sau đó thiết bị cảm biến gia tốc sẽ tính được độ mức của cảm biến va chạm đến mức ngưỡng . Thiết bị module sim sẽ tự động kích hoạt xác định ví trí và gọi về cho gia đình nạn nhân. Hình 1 13
14. Năng lượng Sử dụng nguồn điện có hiệu điện thế 12V kết nối với mạch cùng với một giảm áp giảm hiệu điện thế qua mạch xuống 9V để duy trì hoạt động của cả hệ thống Kết quả đạt được Sau nhiều nỗ lực không biết mệt mỏi tôi đã hướng dẫn các em chế tạo thành công dự án với những yêu cầu ban đầu đặt ra. Với kết quả đạt được có thể ứng dụng dự án ngay vào trong cuộc sống giúp người tham gia giao thông an toàn hơn khi gặp nạn. Dự án góp phần làm giảm bớt những hậu quả không đáng có trong tai nạn giao thông. Ưu điểm Hệ thống nhận định vị , cảm biến gia tốc, cảm biến va chạm hoạt động rất ổn định. Giá thành sản phẩm hợp lí, vật liệu dễ tìm, dễ chế tạo. Hệ thống tự hoạt động khi nhận được tín hiệu. Ngoài ra, hệ thống có thể lắp đặt từ xe này sang xe khác Thiết bị có tính sáng tạo và thẩm mĩ cao. Đặc biệt, hệ thống còn rất dễ sử dụng phù hợp cho người người than gia giao thông. Được thiết kế và chế tạo bởi học sinh trung học Cơ sở, Nhược điểm Tuy vậy, nhưng hệ thống vẫn còn một số nhược điểm phải duy trì phí để duy trì định vị và gọi điện thoại thì hệ thống sẽ không hoạt động mới có thể thông báo, gọi điện thoại cho người thân. Hệ thống chỉ phù hợp cho những khu 14
15. vực có tín hiệu sóng thông tin. Hệ thống được kết nối bằng các module vì thế độ bề chưa cao. Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện, thấy được sản phẩm có những lợi ích rất to lớn cùng với tính thiết thực cao. Hệ thống tuy không phải lần đầu tiên được nghiên cứu và thực hiện trên thế giới nhưng đây cũng được coi là một thành công khá lớn trong lĩnh vực này. Nó đã vượt xa được các nghiên cứu khoa học đang có hiện tại. Vì thế “Hướng dẫn học sinh chế tạo hệ thống gọi điện thoại cho người thân khi xe máy gặp nạn” cần được áp dụng vào thực tế để giúp ích cho học sinh khi làm nghiên cứu sáng tạo khoa học kỹ thuật. Kiến nghị Vì đây là một hệ thống rất hữu ích cho những người tham gia giao thông nên tôi mong rằng hệ thống sẽ được áp dụng vào thực tiễn để giảm những thiệt hại về người và của khi các tai nạn không đáng xảy ra, có thể lan tỏa rộng rãi và sản xuất nhiều trong nước mọi các phương tiện giao thông cải thiện những tình trạng không đáng có khi tham gia giao thông. 8. Những thông tin cần bảo mật. không 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến. + Nguồn lực: - Học sinh đội tuyển KHKT. - Giáo viên: Vững chuyên môn, trách nhiệm, nhiệt tình. + Thời gian: Bố trí thời gian phù hợp trong các giờ chính khóa. + Cơ sở vật chất: Tài chính, linh kiện thiết bị 15
16. 10. Đánh giá về dự án Hệ thống là sản phẩm được nghiên cứu nhằm hỗ trợ người điều khiển xe máy, xe đạp điện khi bị tai nạn. Chi phí chế tạo thiết bị rẻ, linh kiện dễ dùng trong nước, phù hợp với những hộ gia đình hoàn cảnh. Khi nghiên cứu trên từng đối tượng cụ thể và tích hợp trên cùng một thiết bị để có thể phù hợp với mọi đối tượng. Thiết kế nhỏ gọn nằm phía bên trong xe nên không ảnh hưởng đến thẩm mĩ và đưa công nghệ gần hơn với đời sống con người. 10.1. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả. Hệ thống có thể triển khai được ngay với trình độ kĩ thuật và thị trường vật tư trong nước hiện nay. Có tính tự động hoá cao nên có thể áp dụng cho vào mọi xe đạp điện và xe máy. 10.2. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến cá nhân. + Đề tài được áp dụng có hiệu quả trong năm học 2018 – 2019 và đạt được kết quả tốt. * Cấp Tỉnh: - Đạt giải nhì trong cuộc thi KHKT cấp tỉnh. * Cấp huyện: - Đạt 1 giải ba trong cuộc thi KHKT cấp huyện. 1. Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu: 16
17. STT Tên tổ chức/cá Địa chỉ Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng nhân sáng kiến 1 Học sinh đội tuyển Trường THCS Lĩnh vực khác KHKT Hoàng Lâu – Tam Dương – Vĩnh Phúc. HoàngLâu, ngày tháng năm 2019 HoàngLâu, ngày 05 tháng 03 năm 2019 Thủ trưởng đơn vị Tác giả sáng kiến (Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Việt Trung Phùng Thị Thiết Tam Dương, ngày 5 tháng 3 năm 2019 TM. HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN HUYỆN TAM DƯƠNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PHÓ CHỦ TỊCH UBND HUYỆN ĐinhVăn Mười 17