Η εργασία αυτή εκπονήθηκε προκειμένου να μελετηθεί η διάγνωση λανθασμένης λειτουργίας μίας μηχανής αυτοκινήτου με μία τεχνική η οποία, ακολούθως, αναλύεται και περιγράφεται. Η μηχανή ΄΄στέλνει΄΄ ένα ημιτονοειδές σήμα το οποίο λαμβάνεται με τη βοήθεια πιεζοηλεκτρικών υλικών. Αυτό καθίσταται δυνατό χάρη στην ιδιότητα που έχουν να μετατρέπουν τη μηχανική τάση ή πίεση σε ηλεκτρική. Αφότου γίνει αυτή η μετατροπή αυτό που πρέπει να ακολουθήσει είναι η δειγματοληψία του σήματος που λαμβάνεται και η επεξεργασία του. Έτσι μπορεί να γίνει η διάγνωση της κατάστασης στην οποία βρίσκεται η μηχανή. Πιο συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας πραγματοποιείται εξέταση των συστημάτων διάγνωσης λανθασμένης λειτουργίας μίας μηχανής, των χαρακτηριστικών και της χρήσης των σύγχρονων ενσωματωμένων συστημάτων και των μικροελεγκτών και, ειδικά, του μικροελεγκτή ADuC7026 της Analog Devices, ο οποίος και χρησιμοποιείται για την υλοποίηση και εκτέλεση του κώδικα που απαιτείται. Η υλοποίηση της εργασίας βασίστηκε εξ ολοκλήρου σε προσομοίωση που πραγματοποιήθηκε (δεν υπήρξαν εξωτερικές συσκευές ανάπτυξης) και για αυτή την υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε προσεγγιστικό ημιτονοειδές σήμα. Κατά την επεξεργασία του σήματος χρησιμοποιήθηκαν FIR (ψηφιακά φίλτρα πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης) και αλγόριθμοι εντοπισμού της συχνότητάς του. Για την ανάπτυξη της εφαρμογής που αποσκοπεί στον προγραμματισμό του μικροελεγκτή χρησιμοποιήθηκε το μvision 4 της Keil, το οποίο είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών και η γλώσσα που χρησιμοποιήθηκε είναι η C. / This work was conducted in order to study the diagnosis of a car's machine malfunction with a technique which is subsequently analyzed and described. The machine sends a sinusoidal signal which is obtained by means of piezoelectric materials. This is made possible thanks to the capacity they have to convert mechanical pressure or voltage to electricity. After this conversion is done what should follow is to sample the signal received and processed. This can make the diagnosis of the condition in which the engine is. More specifically, during this work an examination of diagnostic malfunction of a machine is done, its features and the use of modern embedded systems and microcontrollers and, especially, the microcontroller ADuC7026 of Analog Devices, which is used for the implementation and execution of code required. The implementation work was based entirely on simulation performed (there were no external devices) and this implementation approximate sinusoidal signal was used. In signal processing FIR (Finite Impulse digital response) and frequency detection algorithms were used. For the application aimed at programming the microcontroller what was used is μvision 4 from Keil, which is an environment for development of applications and the language that was used was C.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάστηκε, μελετήθηκε και υλοποιήθηκε ένα σύστημα διαγνωστικών αυτοκινήτου ή αλλιώς ένα σύστημα On Board Diagnostics II (OBD-II), όπως είναι η διεθνής του ονομασία. Ένα τέτοιο σύστημα έχει καταστεί απαραίτητο, λόγω της πολυπλοκότητας των αυτοκινήτων σήμερα, σε μια ευρεία κατηγορία επαγγελματιών, που ξεκινάει από τους κατασκευαστές αυτοκινήτου μέχρι και το κάθε συνεργείο, αλλά και τον εκάστοτε ιδιώτη. Κύριοι στόχοι του είναι η πληροφόρηση του χρήστη για οποιαδήποτε παράμετρο του οχήματος και ο εντοπισμός και η ένδειξη τυχόν βλαβών. Για την επίτευξη των στόχων αυτών, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε με τη μορφή πλακέτας ένα σύστημα το οποίο είναι υπεύθυνο για τη σωστή αποστολή και λήψη των μηνυμάτων μεταξύ του υπολογιστή και του οχήματος. Επιπλέον, αναπτύχθηκε το απαραίτητο λογισμικό για τη χρήση του συστήματος και όλων των δυνατοτήτων του. Για το σωστό έλεγχο τόσο του κυκλώματος όσο και του λογισμικού, χρησιμοποιήσαμε έναν προσομοιωτή ECU αυτοκινήτου. / In this diploma thesis, an On Board Diagnostics system (OBD-II) was studied, designed and created. This type of system is of utmost importance to a great variety of users such as professional engineers and individuals. Its main purposes are to inform the user about all the different parameters of the vehicle and to identify potential malfunctions. To accomplish these tasks, a PCB circuit was designed and manufactured, which is responsible for the correct transmission and reception of OBD-II messages between a developed PC software and the vehicle. In order to test the circuit and the designed application, an ECU Simulator was used.

Η μελέτη αυτή αποσκοπεί να εμβαθύνει εμπεριστατωμένα στο ζήτημα του ελέγχου βλαβών αυτοκινήτου με την χρήση πιεζοκρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι αυτοί είναι τοποθετημένοι στο σώμα της μηχανής και λαμβάνουν δονήσεις από το περιβάλλον τους τις οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται κατόπιν από ένα μικροελεγκτή και συγκεκριμένα το AduC 7026 της Analog Devices. Η διάταξη μας δηλαδή είναι ικανή να ανιχνεύσει οποιαδήποτε βλάβη υπάρχει στο αυτοκίνητο η οποία επηρεάζει συστήματα εντός της εμβέλειας των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων οι οποίοι βρίσκονται πάνω στο σώμα της μηχανής. Η μελέτη χωρίζεται σε έξι μέρη. Στο πρώτο αναλύεται εξαρχής η κατασκευή , η λέιτουργία και τα μέρη της μηχανής του αυτοκινήτου. Στο δεύτερο αναλύεται η φύση , η λειτουργία των πιεζοκρυστάλλων και οι σχέσεις που διέπουν τη λειτουργία τους. Στο τρίτο μέρος ακολουθεί η μέθοδος με την οποία αναλύονται οι δονήσεις και εκμαιεύεται συμπέρασμα για την ορθή ή εσφαλμένη λειτουργία της μηχανής. Στο τέταρτο εξετάζεται η δομή και η λειτουργία του μικροελεγκτή, καθώς και παρουσιάζεται το λογισμικό Keil-Uvision. Στο πέμπτο παρατίθενται τμήματα του κώδικα που αναπτύχθηκε και εξηγείται η λειτουργία τους. Στο έκτο γίνεται η προσομοίωση του κώδικα. Ο κώδικας γράφτηκε σε γλώσσα προγραμματισμού C. / This thesis aims to investigate the subject of fault detection of automobile vehicles by the use of piezoelectric transducers that are placed upon the engine of the vehicle. The transducers receive the vibrations and turn them into electric signals. These signals are being processed by a microcontroller and specifically the Aduc7026 built by Analog Devices. The ordinance is capable of detecting faults in the vehicle affecting systems within the range of vibration receiving capability of piezoelectric transducers The thesis is devided into 6 parts. The 1st section deals with the construction and the operation of the internal combustion engine. In the 2nd section the nature, the operation and the mathematical formulations that define the operation of piezoelectric transducers are being analyzed. The 3rd part deals with the method by which the vibrations are analyzed so as to decide whether the engine operates normally. The 4th section deals with the structure and operation of the microcontroller and with the Keil-Uvision software. In the 5th part sections of the code are referenced and their operation is being explained. In the 6th and final part the code is being simulated. The code is written in C programming language.

Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας αναπτύχθηκε μια εφαρμογή, η οποία μπορεί να ελέγχει τη φθορά των αναρτήσεων του αυτοκινήτου και να ειδοποιεί τον οδηγό όταν αυτές έχουν φθαρεί. Θα εξομοιώσουμε τα σήματα που στέλνουν τέσσερις αισθητήρες πιεζοκρυστάλλων, προσαρμοσμένοι στις αναρτήσεις του αυτοκινήτου, τα οποία μετά από κατάλληλη προεπεξεργασία (κεντροθέτηση και λεύκανση) και διαχωρισμό με τη μέθοδο της ανάλυσης σε ανεξάρτητες συνιστώσες (ICA), θα μας δώσουν τις πληροφορίες που χρειαζόμαστε για την κατάσταση των αναρτήσεων. Η εφαρμογή αναπτύχθηκε στο περιβάλλον μVision της Keil, σε γλώσσα προγραμματισμού C, για το μικροελεγκτή STM32F103RB της ST Microelectronics. / In the context of this thesis an application was developed, that is capable of checking the wear of vehicle suspensions and informing the driver of their status. We simulated the signals that four specifically built sensors, fit into the suspension system sent, which after proper preprocessing (centering and whitening) and separation using Independent Component Analysis (ICA), will give us the information we need about the state of the suspensions. This application was developed in Keil’s μVision, in C programming language, for the STM32F103RB microcontroller by ST Microelectronics.

Τα τελευταία 35 χρόνια έχει προκύψει ένα ενεργειακό πρόβλημα το οποίο μας επιβάλει να αλλάξουμε την ενεργειακή μας αντίληψη. Το πετρέλαιο αλλά και άλλα ορυκτά καύσιμα έχουν πεπερασμένα αποθέματα και η χρήση τους επιβαρύνει το περιβάλλον. Επίσης γεωπολιτικά συμφέροντα δεν επιτρέπουν την ανεμπόδιστη διανομή του. Μέσα σε αυτό το κλίμα της ενεργειακής απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια τα υβριδικά οχήματα. Τα ηλεκτρικά υβριδικά οχήματα είναι ένα μεταβατικό στάδιο από την πετρελαιοκίνηση στην εξ’ ολοκλήρου κίνηση μέσω ηλεκτρισμού από ενεργειακές κυψέλες. Αποτελούνται από έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης και μια ηλεκτρική μηχανή, η οποία τροφοδοτείται από συσσωρευτές. Τα υβριδικά οχήματα χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τις τεχνολογίες υβριδοποίησης που διαθέτουν και την διάταξη του ηλεκτρομηχανολογικού τους συστήματος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας (η οποία είναι η συνέχεια δυο προηγούμενων) είναι η προσπάθεια κατασκευής ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Για να γίνει αυτό εφικτό απαιτούνται, ένα όχημα το οποίο να μπορεί να δεχθεί εύκολα μηχανολογικές μετατροπές, ένας ηλεκτρικός κινητήρας και συσσωρευτές. Ο ηλεκτρικός κινητήρας ελέγχεται από έναν αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας είναι μια ηλεκτρική συσκευή η οποία μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των συσσωρευτών σε εναλλασσόμενο. Βασικό κομμάτι του αντιστροφέα είναι η λογική παλμοδότησής του. Ο αντιστροφέας που κατασκευάστηκε χρησιμοποιεί τον άμεσο έλεγχο ροπής, ο οποίος είναι ένα είδος άμεσου διανυσματικού ελέγχου που χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό Park. / Τα τελευταία 35 χρόνια έχει προκύψει ένα ενεργειακό πρόβλημα το οποίο μας επιβάλει να αλλάξουμε την ενεργειακή μας αντίληψη. Το πετρέλαιο αλλά και άλλα ορυκτά καύσιμα έχουν πεπερασμένα αποθέματα και η χρήση τους επιβαρύνει το περιβάλλον. Επίσης γεωπολιτικά συμφέροντα δεν επιτρέπουν την ανεμπόδιστη διανομή του. Μέσα σε αυτό το κλίμα της ενεργειακής απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια τα υβριδικά οχήματα. Τα ηλεκτρικά υβριδικά οχήματα είναι ένα μεταβατικό στάδιο από την πετρελαιοκίνηση στην εξ’ ολοκλήρου κίνηση μέσω ηλεκτρισμού από ενεργειακές κυψέλες. Αποτελούνται από έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης και μια ηλεκτρική μηχανή, η οποία τροφοδοτείται από συσσωρευτές. Τα υβριδικά οχήματα χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τις τεχνολογίες υβριδοποίησης που διαθέτουν και την διάταξη του ηλεκτρομηχανολογικού τους συστήματος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας (η οποία είναι η συνέχεια δυο προηγούμενων) είναι η προσπάθεια κατασκευής ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Για να γίνει αυτό εφικτό απαιτούνται, ένα όχημα το οποίο να μπορεί να δεχθεί εύκολα μηχανολογικές μετατροπές, ένας ηλεκτρικός κινητήρας και συσσωρευτές. Ο ηλεκτρικός κινητήρας ελέγχεται από έναν αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας είναι μια ηλεκτρική συσκευή η οποία μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των συσσωρευτών σε εναλλασσόμενο. Βασικό κομμάτι του αντιστροφέα είναι η λογική παλμοδότησής του. Ο αντιστροφέας που κατασκευάστηκε χρησιμοποιεί τον άμεσο έλεγχο ροπής, ο οποίος είναι ένα είδος άμεσου διανυσματικού ελέγχου που χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό Park.

Η αποφυγή συγκρούσεων με αναγνώριση της θέσης και της σχετικής ταχύτητας προπορευόμενων οχημάτων είναι μια άκρως ενδιαφέρουσα εφαρμογή που βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο. Η ύπαρξη πολλαπλών αντικειμένων στο οπτικό πεδίο της κάμερας δημιουργεί προβλήματα στον ακριβή εντοπισμό του προπορευόμενου οχήματος, ενώ η έλλειψη βάσεων δεδομένων με κατηγοριοποιημένα παραδείγματα είναι ένα επιπλέον εμπόδιο για την ανάπτυξη της εφαρμογής αυτής. Στην εργασία αυτή περιγράφονται οι υπάρχουσες εφαρμογές όσον αφορά στο πρόβλημα της μηχανικής όρασης στην αυτοκίνηση, τα προβλήματα που λύνουν αλλά και οι δυσκολίες που συνεχίζουν να υπάρχουν. Αναφέρονται οι αιτίες της έλλειψης βάσεων δεδομένων με κατηγοριοποιημένα παραδείγματα και αναλύεται η ημιαυτόματη μέθοδος (Random Walker) στην οποία καταφεύγουμε για τον λόγο αυτό. Εν συνεχεία θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα της ανάπτυξης σε Matlab που πραγματοποιήθηκε, τα συμπεράσματα που προέκυψαν, αλλά και οι μελλοντικές προκλήσεις. / In this diplom work, the ways followed to deal with the issue of mechanical vision in car driving are described. The reasons why there there are not any specific data sets are decribed and the focus of this work is on the Random Walker algorithm.