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.

Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια έχει προχωρήσει σημαντικά η ανάπτυξη αυτομάτων συστημάτων βοήθειας του οδηγού που στοχεύουν να προειδοποιήσουν για το περιβάλλον οδήγησης και τις πιθανότητες σύγκρουσης με άλλα οχήματα. Τα Πανεπιστήμια, Κρατικοί φορείς και αυτοκινητοβιομηχανίες ρίχνουν ιδιαίτερο βάρος στο θέμα αυτό που έχει κοινωνικές και εμπορικές διαστάσεις. • Κοινωνικές διαστάσεις γιατί η αξιόπιστη λειτουργία συστημάτων βοήθειας οδηγών μπορεί να συμβάλλει αποφασιστικά στη μείωση των τροχαίων ατυχημάτων. • Εμπορικές διαστάσεις γιατί ο ανταγωνισμός των βιομηχανιών αυτοκινήτων σε συνεργασία με εταιρείες παραγωγής συστημάτων αυτοματισμού, οδηγεί σε ένα κυνήγι παρουσίασης πλέον σύγχρονων και «ελκυστικών» συστημάτων για το καταναλωτικό κοινό. Ειδικά στο θέμα των κοινωνικών διαστάσεων, τα παρακάτω στοιχεία δίνουν με πολύ έμφαση το μέγεθος του προβλήματος. Κατά μέσον όρο, τουλάχιστον ένας άνθρωπος πεθαίνει κάθε λεπτό σε τροχαίο ατύχημα. Τα τροχαία ατυχήματα επίσης τραυματίζουν τουλάχιστο 10 εκατομμύρια ανθρώπους, από τους οποίους 2 ή 3 εκατομμύρια σοβαρά. Προβλέπεται ότι οι νοσοκομειακές δαπάνες, οι κατεστραμμένες περιουσίες και άλλα παρεμφερή κόστη θα ανέλθουν στο 1–3 % του παγκοσμίου ακαθαρίστου εθνικού προϊόντος. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη 26 ερευνητικών εργασιών που ερευνούν διατάξεις εντοπισμού και ανίχνευσης οχημάτων, πεζών, αντικειμένων και οδικών υποδομών, η σύγκριση της μεθοδολογίας τους, ο σχολιασμός πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων και η αναφορά σε μελλοντικές απαιτήσεις - προκλήσεις. Η δομή της εργασίας είναι η παρακάτω: • Στο κεφάλαιο Ι γίνεται εισαγωγή στο αντικείμενο της εργασίας και παρουσιάζεται σειρά στατιστικών δεδομένων για τα τροχαία ατυχήματα. • Στο κεφάλαιο II γίνεται συνοπτική παρουσίαση των ερευνητικών εργασιών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρουσίαση του θέματος. • Στο κεφάλαιο III γίνεται παρουσίαση βασικών στοιχείων εξοπλισμού για τον εντοπισμό και παρακολούθηση του κυκλοφοριακού τοπίου καθώς επίσης αναφορά σε θεωρητικές υπολογιστικές επεξεργασίες. • Στο κεφάλαιο IV γίνεται μια παρουσίαση βασικών ερευνητικών και πειραματικών διατάξεων που έχουν προταθεί ή εφαρμοσθεί για τον εντοπισμό, την ανίχνευση και παρακολούθηση οχημάτων, πεζών, εμποδίων επί των οδών, και υποδομών παραπλεύρως του οδικού δικτύου, έτσι ώστε να παράγεται πληροφορία στον χρήστη της οδού. Πληροφορία που μπορεί να αποδειχθεί από χρήσιμη μέχρι σωτήρια γιατί μπορεί να λειτουργήσει είτε ως προειδοποίηση στον οδηγό είτε ως ερέθισμα για αυτόματη επενέργεια επί των συστημάτων του αυτοκινήτου (π.χ. αυτόματο φρενάρισμα). • Στο κεφάλαιο V γίνεται σχολιασμός και συγκρίσεις των περιγραφεισών μεθόδων, εξάγονται συμπεράσματα και επισημαίνονται κάποιες μελλοντικές ερευνητικές και κατασκευαστικές προκλήσεις. • Στο κεφάλαιο VI αναφέρεται η χρησιμοποιηθείσα βιβλιογραφία. Όλες οι μέθοδοι προσπαθούν να ανταποκριθούν μερικά ή ολικά στα παρακάτω ζητούμενα: ◊ Εντοπισμός στόχων (κινητών και ακινήτων). ◊ Παρακολούθηση συμπεριφοράς κινουμένων στόχων. ◊ Παραγωγή προειδοποίησης (ακουστικά ή οπτικά σήματα). ◊ Αυτόματη επενέργεια σε συστήματα του οχήματος. • Εργαλεία των συστημάτων που παρουσιάζονται είναι συνήθως ένα σύνολο εξοπλισμού παθητικών και ενεργητικών αισθητήρων, ένας πρωτότυπος αλγόριθμος επεξεργασίας των στοιχείων και ένας υπολογιστής για την επεξεργασία και αξιολόγηση των δεδομένων. • Εμπόδια που πρέπει να υπερπηδηθούν είναι η συνθετότητα του περιβάλλοντος οδήγησης (αυτοκινητόδρομοι, επαρχιακοί οδοί, αστικό οδικό δίκτυο κ.λ.π.) και οι μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες (καλοκαιρία, βροχή, ομίχλη, χιόνι κ.λ.π.). • Κλειδί στην αποτελεσματικότητα είναι η συλλογή των πλέον επίκαιρων δεδομένων και η δημιουργία γρήγορου και στιβαρού αλγόριθμου. • Μέτρο επιτυχίας είναι η συμπεριφορά σε πραγματικές συνθήκες και η δυνατότητα λειτουργικής και οικονομικής ενσωμάτωσης στο όχημα. Οι μελετηθείσες 26 ερευνητικές εργασίες που εντοπίζουν και ανιχνεύουν κατηγοριοποιούνται: 1. Ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό Α. Σε διατάξεις απλών ενεργητικών αισθητήρων Β. Σε διατάξεις παθητικών αισθητήρων (οπτικά συστήματα με διάφορες μορφές καμερών) Γ. Σε διατάξεις δυο ειδών αισθητήρων Δ. Σε πολυαισθητηριακές διατάξεις Σημειώνουμε ότι παρουσιάζονται δυο κατηγορίες αισθητήρων: οι ενεργητικοί και οι παθητικοί. Ενεργητικοί αισθητήρες θεωρούνται οι τύπου ραντάρ (mm κύμα), τύπου laser (lidar και scanners) και οι ακουστικού τύπου. Οπτικοί αισθητήρες, όπως συνήθεις κάμερες, θερμογραφικές κάμερες (FLIR - Forward Looking InfraRed), CCD κάμερες (Charge-coupled device cameras) συχνά αναφέρονται ως παθητικοί αισθητήρες γιατί αποκτούν δεδομένα χωρίς παρέμβαση. Αναλύονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των παραπάνω διατάξεων, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους και αναδεικνύεται η επικρατούσα, με την πάροδο του χρόνου, τάση συνδυασμού διαφόρων αισθητήρων. 2. Ανάλογα με τις στοχεύσεις, τους υπολογιστικούς αλγορίθμους και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους. Οι εξετασθείσες μελέτες που εντοπίζουν και παρακολουθούν στόχους του κυκλοφοριακού τοπίου μπορούν να ταξινομηθούν ως προς τους στόχους στις εξής κατηγορίες: 1. Κινούμενα οχήματα – πεζοί (κυρίως αστικό κυκλοφοριακό τοπίο). 2. Κινούμενα οχήματα (αυτοκινητόδρομοι, επαρχιακοί οδοί, αστικές οδοί). 3. Στάσιμα αντικείμενα, οχήματα – πεζοί (αυτοκινητόδρομοι, επαρχιακοί οδοί, αστικές οδοί). 4. Πεζοί (αστικό κυκλοφοριακό τοπίο). 5. Οδικές υποδομές (αυτοκινητόδρομοι) με έμφαση στις κατακόρυφες ταμπέλες και στις ανισόπεδες διαβάσεις. Από την παρουσίαση και τη σύγκριση των εργασιών, προκύπτει ότι το βασικό πρόβλημα που γίνεται προσπάθεια να αντιμετωπιστεί, είναι η εγκατάσταση διατάξεων που θα πρέπει να διακρίνονται, μεταξύ άλλων, από: • Αξιοπιστία όσον αφορά τον εντοπισμό και την παρακολούθηση. • Προσαρμογή σε σύνθετες κυκλοφοριακές συνθήκες όπως είναι μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες (μειωμένη ορατότητα, χαμηλός φωτισμός, έντονη βροχή, χιόνι κ.λ.π.) είτε πυκνή οδική κυκλοφορία (π.χ. σε οδούς στο αστικό οδικό δίκτυο). • Γρήγορη επεξεργασία των δεδομένων εισόδου με στιβαρούς αλγόριθμους • Ελαχιστοποίηση λανθασμένων προειδοποιήσεων. • Κατασκευαστικό και λειτουργικό κόστος που θα τις καταστούν υλοποιήσιμες σε πλατιά κλίμακα. Από την ανάλυση των στοιχείων των εργασιών προκύπτει ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι να μειωθούν σημαντικά τα σφάλματα, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια, όπως βελτιωμένες αλγοριθμικές επιλύσεις (π.χ. με χρήση πολλαπλών εργαλείων, προχωρημένων στατιστικών και γνωστικών μεθόδων), συνδυασμός αισθητήρων (π.χ. ορατοί, IR, ραντάρ) και τηλεματική (π.χ. επικοινωνία οχήματος με όχημα, εντοπισμός με μέθοδο GPS). Σε σχέση με το λογισμικό, ένα απαραίτητο βήμα είναι η δημιουργία σταθερών προϋποθέσεων έτσι ώστε τα οπτικά συστήματα εντοπισμού οχήματος να είναι τυποποιήσιμα, επαναδιαμορφούμενα και επεκτάσιμα έτσι ώστε να μπορούν να συνεργαστούν με τη μεγάλη ποικιλία εφαρμογών επεξεργασίας. Πολύ εύστοχη θα ήταν η δημιουργία και ανάπτυξη λογισμικού που θα μπορεί να σχετίζεται με διάφορα επίπεδα αφαίρεσης συμπεριλαμβάνοντας συνδυασμό αισθητήρων, ενοποίηση ποικίλων αλγορίθμων, οικονομική χρήση πόρων, ταξινόμηση και υπολογισμούς. Επίσης η βελτίωση των ταχυτήτων των PCs έχει οδηγήσει σε αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα όσον αφορά τον χρόνο επεξεργασίας, δεδομένου ότι τα συστήματα εντοπισμού κινουμένου οχήματος έχουν μεγάλες υπολογιστικές απαιτήσεις καθώς χρειάζεται να επεξεργαστούν τις ανακτώμενες εικόνες σε πραγματικό χρόνο ή κοντά σε πραγματικό χρόνο για να εξοικονομήσουν χρόνο στην αντίδραση του οδηγού. Τέλος θα πρέπει να αντικειμενικοποιηθούν οι διαδικασίες αξιολόγησης των παρουσιαζομένων μεθόδων έτσι ώστε να είναι πλέον συγκρίσιμες και ευρύτερα αποδεκτές. / -

Mέσα στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής προσεγγίστηκε μια νεα τεχνική για τη διάγνωση σφαλμάτων τετράχρονης μηχανής. Αυτή η τεχνική βασίζεται πάνω σε πιεζοηλεκτρικά υλικά και αισθητήρες και υλοποιεί την ικανότητά τους να μετατρέπουν μηχανική τάση ή πίεση σε ηλεκτρική τάση. Αυτοί οι αισθητήρες τοποθετούνται πάνω στη μηχανή και το παραγόμενο σήμα δειγματοληπτείται και περνά απο μια επεξεργασία με σκοπό την αποκόμιση μιας διάγνωσης για την κατάσταση στην οποία βρίσκεται η μηχανή αλλά και για τη συνεχή παρακολούθηση αυτής. Κατα την εκπόνηση της διπλωματικής, διαφορετικές τεχνικές για την εύρεση σφαλμάτων μηχανής χρησιμοποιούνται και προσεγγίζονται διαφορετικοί αλγόριθμοι δειγματοληψίας και επεξεργασίας με σκοπό να εξασφαλισθεί ο πιο αποδοτικός για την εφαρμογή αυτή. Ακόμα, η χρήση και οι ικανότητες των σύγχρονων ενσωματωμένων συστημάτων ερευνώνται και πιο συγκεκριμμένα του μικροεπεξεργαστή της Analog, τον ADuC7020, πάνω στον οποίο βασίζεται και η διπλωματική αυτή, για την υλοποίηση της συσκευής εντοπισμού σφαλμάτων και τον προγραμματισμό αυτής. Κατα την φάση της εξομοίωσης, ένα ημιτονοειδές σήμα χρησιμοποιήθηκε για την προσέγγιση του ήχου της μηχανής. Στο στάδιο της επεξεργασίας του σήματος χρησιμοποιήθηκε ψηφιακό φίλτρο πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης (FIR) και τροποποιημένος αλγόριθμος DFT για τη δειγματοληψία και την επεξεργασία του ψηφικοποιημένου σήματος αλλά και για την αναγνώριση της συχνότητας. Πιο συγκεκριμένα, υλοποιήθηκε ο βελτιστοποιημένος αλγόριθμος Goertzel ο οποίος προτιμήθηκε για την επίτευξη μεγαλύτερων ταχυτήτων. Τέλος, υλοποιήθηκε και η τεχνική της υπερδειγματοληψίας για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας. Ο προγραμματισμός έγινε σε γλώσσα C και το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το μVision4 της Keil. / At the present thesis we examine the automatic fault detection in petrol engines using piezoelectric sensors in embedded systems.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός συστήματος που να μπορεί να ξεχωρίζει τα οχήματα από άλλα αντικείμενα με τη χρήση κυματιδίου Haar και φίλτρου Gabor (εξαγωγή χαρακτηριστικών) και SVM, RBF για ταξινόμηση. / The aim of this thesis is the construction of a system that will be able to distiguish vehicles from other objects using Haar and Gabor filter (export characteristic) and SVM, RBF for classification.