ĐỒ án môn học bãi XE tự ĐỘNG sử DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

Ý kiến của giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không được bảo vệ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện để tài này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đónggóp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa, với nhu cầu tiện lợi cho cuộc sống ngày càng cao và mật độ dân cư, phương tiện giao thông tăng nhanh, dẫn đến tắc nghẽn và thiếu bãi đỗ xe Sự gia tăng số lượng xe là dấu hiệu của sự phát triển nhưng cũng đặt ra những thách thức về môi trường và quản lý bãi xe cần được giải quyết Việt Nam hiện có hệ thống bảo mật và tự động hóa trong quản lý còn ở mức khiêm tốn so với các nước phát triển đã áp dụng tự động hóa để giảm lực lượng lao động và nâng cao hiệu quả làm việc Các phương thức giữ xe truyền thống đòi hỏi nhiều công sức và chi phí nhân công, gây lãng phí và hiệu quả quản lý thấp Khi xã hội ngày càng tiến bộ và kỹ thuật ngày càng tiên tiến, nhu cầu về các thiết bị ứng dụng thông minh và tự động càng lớn Với mong muốn ứng dụng công nghệ RFID để bảo mật và cảm biến nhằm thực hiện các tác vụ tự động, tiết kiệm lao động và nâng cao hiệu quả quản lý bãi xe, em đã chọn đề tài “Bãi xe tự động sử dụng công nghệ RFID” để nghiên cứu và triển khai.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài.

- Nghiên cứu tài liệu về Kit Arduino UNO R3.

- Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị trên LCD, khối chấp hành, khối nguồn, Reader và bộ xử lí trung tâm.

- Thiết kế, tính toán và thi công cho phần cứng.

- Viết code cho Kit Arduino Uno R3.

- Lắp rắp và kết nối giữa khối xử lí trung tâm và các khối khác.

- Hiển thị dữ liệu lên LCD.

- Chạy thử nghiệm hệ thống.

- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị.

- Viết báo cáo đồ án.

GIỚI HẠN

Đề tài: “Bãi xe tự động sử dụng công nghệ RFID” có những giới hạn sau:

- Sử dụng Kit Arduino Uno R3.

- Sử dụng các nền tảng đã có sẵn và thư viện mở để phát triển sản phẩm.

- Sử dụng các module có sẵn như: module relay, module LCD I2C, MFRC522…

PHẠM VI SỬ DỤNG

Đề tài là một mô hình nhỏ phục vụ cho việc nghiên cứu và phát triển trong quy mô phòng học và phòng thực tập.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

Arduino là một board mạch vi xử lý được thiết kế để lập trình và xây dựng các ứng dụng tương tác giữa các thiết bị với nhau hoặc với môi trường xung quanh một cách thuận tiện Điểm mạnh của Arduino là ngôn ngữ lập trình rất dễ học (giống C/C++), và các cấp ngoại vi trên bo mạch đã được chuẩn hóa nên người dùng không cần nhiều kiến thức điện tử vẫn có thể lập trình và triển khai dự án một cách nhanh chóng.

Phân cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8-bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các model hiện tại được trang bị các tính năng tiên tiến và tùy chọn mở rộng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

1 công giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích vởi nhiêu board mở rộng khác nhau.

Hình 2.1: Hình ảnh Hình 2.2: Kí hiệu Ardunio Hình 2.3: Sơ đồ chân thực tế Arduino UNO UNO R3 SMD Arduino UNO R3 SMD

Bảng 2.1: Bảng thông số kĩ thuật Arduino Uno R3

Nguồn cấp cho Arduino có thể được cấp bằng cổng USB hoặc từ nguồn ngoài thông qua jack 2.1mm, và cũng có thể dùng hai chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino.

- Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng để lấy nguồn ra tương ứng 5V và 3.3V.

- Vin: Cấp nguồn cho Arduino.

- Reset: chân thiết lập lại hoạt động từ đầu cho board khi nhận tín hiệu.

2.1.2 Công nghệ RFID và Module MFRC522

RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép nhận diện và theo dõi các vật thể thông qua hệ thống thu phát sóng radio Với RFID, việc giám sát và quản lý từng đối tượng trở nên nhanh chóng và chính xác, hỗ trợ ứng dụng trong quản lý kho, chuỗi cung ứng và tài sản.

Hệ thống RFID gồm hai thành phần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip Thiết bị đọc được kết nối với một anten để thu phát sóng điện từ, trong khi thiết bị phát mã RFID gắn với vật thể cần nhận diện và chứa chip RFID Mỗi thẻ RFID mang một mã số duy nhất và không trùng lặp, giúp quá trình quét và nhận diện diễn ra nhanh chóng và chính xác.

 Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID:

LF: 125 kHz – 34.2 kHz (low frequencies): ứng dụng nhiều cho hệ thống quan lý nhân sự, chấm công, cửa bào mật, bãi giữ xe

HF: 13.56 MHz (high frequencies): ứng dụng nhiều cho quản lý nguồn gốc hàng hóa, vận chuyển hàng hóa, cửa bảo mật, bãi giữ xe

Dải tần UHF 860-960 MHz là vùng tần số được ứng dụng rộng rãi cho công nghệ nhận diện bằng sóng vô tuyến (RFID), nhờ khả năng đọc nhanh, khoảng cách vừa phải và tương thích với nhiều môi trường công nghiệp Ở các hệ thống kiểm soát, UHF RFID mang lại hiệu quả cao cho thu phí đường bộ tự động, cho phép nhận diện phương tiện và ghi nhận giao dịch mà không cần dừng xe Trong quản lý kho và logistics, công nghệ này hỗ trợ kiểm kê kho hàng, theo dõi tồn kho và tối ưu hoá luồng vận chuyển hàng hóa Nhờ khả năng truy vết theo thời gian thực và tích hợp dễ dàng với các hệ thống CNTT, dải tần này giúp tăng cường an toàn, giảm thất thoát và nâng cao hiệu quả chuỗi cung ứng Việc lựa chọn tần số 860-960 MHz cũng cân bằng giữa khoảng cách đọc, tốc độ đọc và chi phí cảm biến, phù hợp với đa dạng ứng dụng công nghiệp và thương mại.

SHF ở khoảng 2,45 GHz (siêu cao tần) được áp dụng phổ biến trong các hệ thống kiểm soát và quản lý vận hành như thu phí đường bộ tự động, kiểm soát lưu thông hàng hóa và kiểm soát hàng hóa tại kho bãi, cũng như kiểm kê kho hàng một cách nhanh chóng và chính xác Nhờ đặc tính truyền dữ liệu ổn định ở tần số SHF, công nghệ này hỗ trợ theo dõi vị trí, trạng thái và lưu lượng hàng hóa theo thời gian thực, tối ưu luồng vận tải, giảm thiểu sai sót tồn kho và tăng hiệu quả chuỗi cung ứng Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm nhận diện và theo dõi hàng hóa tự động, quản lý tồn kho và cải thiện an toàn vận hành trong logistics và giao thông.

Hình 2.4: Hình thực tế Module RFID RC522 Hình 2.5: Kí hiệu MFRC522

SDA: kết nối với chân SPI_SDA của vi điều khiển để lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (Kích hoạt ờ mức thấp).

SCK: Kết nối với chân SPI_SDA của vi điều khiển để tạo xung trong chế độ truyền SPI.

MIS0: Kết nối với chân SPI _M1SO của vi diêu khiển có chức năng Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI.

M0SI: Kết nối với chân SPI_MOS1 của vi diều khiển có chức năng Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiêp SPI.

LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của

Trong các dự án vi điều khiển, LCD có nhiều ưu điểm nổi bật so với các dạng hiển thị khác, từ khả năng hiển thị ký tự đa dạng và trực quan (chữ, số và ký tự đồ họa) cho đến việc dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau Thiết bị này tiêu thụ rất ít tài nguyên hệ thống và có chi phí rẻ, khiến LCD trở thành giải pháp hiển thị phổ biến cho các ứng dụng cần sự linh hoạt và kinh tế.

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế LCD 16x2 Hình 2.7: Kí hiệu LCD 16x2

Hình 2.8: Sơ đồ điều khiển LCD 16x2

Trong dạng sóng điều khiển, trình tự hoạt động gồm các bước sau: thiết lập tín hiệu RS để chọn chế độ lệnh hoặc dữ liệu; RW xuống mức thấp để ghi; E lên mức cao để cho phép dữ liệu trên bus D0–D7 được ghi; xuất dữ liệu D7 – DO; sau đó E về mức thấp và RW quay về mức cao để kết thúc chu trình.

Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD.

Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD.

Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD.

Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghì (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ ghi) hoặc nối với bộ đểm địa chỉ cùa LCD (ở chể độ đọc).

Logic 1: Bus DB0-DB7 được nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD Chân 5 của LCD là R/W, dùng để chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với mức logic 0 để LCD hoạt động ở chế độ ghi dữ liệu hoặc nối với mức logic 1 để LCD ở chế độ đọc dữ liệu.

Chân 6: E Là chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép cua chân E.

Ở chế độ ghi, dữ liệu trên bus được LCD nhận và ghi vào thanh ghi nội bộ của nó khi phát hiện xung chuyển từ mức cao xuống thấp trên tín hiệu chân E (high-to-low transition) Quá trình này đảm bảo dữ liệu được đồng bộ và lưu trữ chính xác theo trạng thái của bus tại thời điểm xung E xuống.

Trong chế độ đọc, LCD sẽ xuất dữ liệu ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên ở chân E (chuyển đổi từ thấp lên cao - low-to-high transition) và giữ dữ liệu trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp.

Chân 7 - 14: DBO - DB7 tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đôi thông tin với MPU Có 2 chế dộ sử dụng 8 dường bus này:

+ Chế độ 8 bít: Dữ liệu được truyền trên cà 8 đường, với bit MSB là bit DB7.

+ Chế độ 4 bít: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7.

Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền.

Chân 16: GND cho đèn nền.

Nhờ giao tiếp I2C, việc điều khiển màn hình được thực hiện bởi IC xử lý tích hợp trên mạch thay cho vi điều khiển Việc gửi lệnh và nội dung hiển thị đủ để cập nhật màn hình, giúp vi điều khiển có thêm thời gian xử lý các tác vụ phức tạp khác.

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu: đường xung nhịp đồng hồ (SCL) và đường tín hiệu (SDA) SCL và SDA luôn được kéo lên nguồn bằng một điện trở kéo lên có giá trị xấp xỉ 4.7 KΩ.

Các chế độ hoạt động cùa I2C bao gồm:

Chế độ chuẩn (standard mode) hoạt động ở tốc độ 100 Kbit/s.

Chế độ tần số thấp (low speed mode) hoạt động ớ tốc độ 10 Kbit/s

Ngoài ra I2C còn có chế độ 10 bit đia chỉ tương đương với 1024 địa chỉ.

Hình 2.9: Hình thực tế Hình 2.10: Sơ đồ các chân I2C Hình 2.11: Kí hiệu module I2C

 Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển.

Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.

Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu.

PHẦN MỀM ARDUINO IDE

Với mục tiêu của đề tài là sử dụng Arduino Uno R3 nên phần mềm để viết chương trình điều khiển là phần mềm Arduino IDE.

Arduino IDE, short for Arduino Integrated Development Environment, is a text editor that helps you write code and upload it to an Arduino board It provides a simple environment to write, compile, and upload sketches, and it runs on Windows, macOS, and Linux, making it accessible to developers, students, and hobbyists across major operating systems.

Một chương trình viết bởi Arduino IDE được gọi là sketch, sketch được lưu dưới định dạng ino.

Sau khi khơi động Arđuino IDE, ta được giao diện như hình sau:

Hình 2.30: Giao diện lập trình Arduino IDE

Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++, và Arduino IDE đi kèm với thư viện phần mềm Wiring Người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình: setup() để khởi tạo cấu hình ban đầu và loop() để lặp lại các thao tác trong suốt quá trình chạy Thư viện Wiring cung cấp các hàm điều khiển chân I/O, ngắt và các tiện ích nền tảng khác, giúp lập trình viên tập trung vào logic ứng dụng và triển khai dự án một cách hiệu quả.

- Setup () : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng đê khởi tạo các thiết lập.

- Loop () : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi.

Arduino IDE được phát triển và có thể chạy trên Windows, MAC OS X và Linux.

PHẦN MỀM MICROSOFT EXCEL VÀ CÔNG CỤ PARALLAX DATA

Microsoft Excel là một ứng dụng bảng tính thuộc bộ Microsoft Office, được thiết kế để giúp người dùng tính toán nhanh và chính xác với khối lượng dữ liệu lớn Excel tổ chức dữ liệu thành hàng và cột, tạo thành một bảng tính rộng lớn; các cột được đánh dấu bằng chữ cái từ A, B, C và các hàng được đánh số từ 1, 2, 3, … nhờ đó người dùng có thể quản lý và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả Bên cạnh các khả năng tính toán và công thức, Excel còn cung cấp nhiều công cụ như biểu đồ và bảng tổng hợp để trình bày dữ liệu rõ ràng và trực quan.

C, D, E,… còn các cột thì được ký hiệu bằng các con số từ 1, 2, 3 cho đến n… Một cột và một hàng gộp lại với nhau sẽ trở thành một ô tính Địa chỉ của ô sẽ được xác định bởi chữ cái đại diện cho cột và số đại diện cho hàng.

Bảng tính – Sheet: Sheet là bảng tính trong Excel Mỗi bảng tính có tới hơn

4 triệu ô dữ liệu, người dùng có thể thoải mái sử dụng chúng để tính toán, lập biểu mẫu, phân tích dữ liệu…

Workbook (sổ tay) thường có từ 1 đến 255 sheet riêng biệt, cho phép tập hợp các bảng tính và đồ thị liên quan trong cùng một tập tin Các sheet bên trong Workbook liên kết với nhau, giúp quản lý dữ liệu và phân tích thông tin hiệu quả trên một không gian làm việc thống nhất Excel không giới hạn số lượng Workbook có thể tạo ra; số lượng Workbook bạn có thể mở đồng thời phụ thuộc vào bộ nhớ và hiệu suất của máy tính Việc hiểu cách tổ chức và liên kết các sheet trong Workbook sẽ tối ưu hóa quy trình làm việc với bảng tính và đồ thị, đồng thời hỗ trợ đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu.

Cột (Column) là tập hợp các ô tính theo chiều dọc Độ rộng mặc định của mỗi cột là 9 ký tự và có thể thay đổi từ 0 đến 255 ký tự Trong bảng tính Excel, có tối đa 256 cột, mỗi cột được đánh nhãn bằng chữ cái từ A đến Z và sau đó là các nhãn hai chữ như AA, AB để mở rộng danh sách cột.

Dòng – Row là tập hợp các ô tính theo chiều ngang trong bảng tính, với chiều cao mặc định là 12.75 chấm điểm và có thể thay đổi trị số này từ 0 – 409 Trong một bảng tính Excel có ít nhất 16384 dòng, mỗi dòng được gán một chữ số như: 1, 2, 3.

Trong bảng tính hoặc lưới dữ liệu, ô (cell) là điểm giao nhau giữa một dòng và một cột Tọa độ của một ô được xác định bằng ký hiệu số thứ tự của dòng và chữ cái ký hiệu của cột, ví dụ các dòng được đánh số 2, 3, 4, 5 … và các cột được ký hiệu bằng chữ cái như A, B, C Nhờ hệ tọa độ này, mọi ô có vị trí duy nhất, giúp tra cứu và thao tác dữ liệu dễ dàng và hiệu quả.

Range (Vùng) trong bảng tính là tập hợp các ô lân cận nhau, được xác định bởi toạ độ ô đầu và toạ độ ô cuối Vùng có thể là một ô duy nhất, một nhóm ô liên tiếp hoặc toàn bộ bảng tính, và người dùng có thể làm việc với nhiều vùng khác nhau cùng lúc để thao tác dữ liệu hiệu quả.

2.3.2 Công cụ Parallax Data Acquisltion

PLX-DAQ là công cụ bổ trợ thu thập dữ liệu vi điều khiển Parallax, tích hợp trực tiếp với Microsoft Excel Bất kỳ vi điều khiển nào được kết nối với cảm biến và cổng nối tiếp trên PC đều có thể gửi dữ liệu trực tiếp vào Excel thông qua PLX-DAQ Phần mềm này có thể thu thập tới 26 kênh dữ liệu từ bất kỳ vi điều khiển nào và ghi nhận các giá trị vào cột khi chúng đến PLX-DAQ giúp phân tích bảng tính dễ dàng dữ liệu thu thập tại hiện trường, phân tích cảm biến trong phòng thí nghiệm và giám sát thiết bị theo thời gian thực.

PLX-DAQ có các tính năng sau:

Dữ liệu đồ thị hoặc đồ thị khi nó đến trong thời gian thực bằng Microsoft Excel

Ghi lên đến 26 cột dữ liệu và đánh dấu dữ liệu bằng thời gian thực (hh:mm:ss) hoặc giây kể từ khi đặt lại; bạn có thể đọc/ghi bất kỳ ô nào trên trang tính, đồng thời đọc/đặt bất kỳ trong 4 hộp kiểm trên điều khiển giao diện Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 128K, PLX-DAQ hỗ trợ các cổng Com1-15 và đáp ứng yêu cầu hệ thống cho quá trình vận hành Trên trang tính Excel khi PLX-DAQ đã được kích hoạt, cửa sổ Data Acquisition for Excel sẽ xuất hiện như hình dưới đây.

Hình 2.31: Giao diện kết nối giữa Arduino và Excel

Để PLX-DAQ có thể nhận dữ liệu từ Arduino, hãy chọn đúng cổng giao tiếp (Port) và tốc độ truyền (Baud) phù hợp với kết nối Arduino, sau đó nhấn Connect để PLX-DAQ bắt đầu nhận dữ liệu.

Sau khi kết thúc, dữ liệu sẽ tự động cập nhật vào các ô được Arduino xác định trên Sheet đầu tiên của file Excel Việc hiển thị dữ liệu này dưới dạng đồ thị hoặc sơ đồ rất dễ thực hiện, tùy thuộc vào mục đích trình bày và phiên bản Excel mà người dùng đang sử dụng.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

Hệ thống có các chức năng sau:

Hiển thị LCD trạng thái vị trí bãi xe còn trống, hiển thị lời chào ra vào Dùng thẻ RFID để kích hoạt đóng mở cổng.

Báo hiệu bằng còi, cửa tự mở, khi phát hiện thẻ hoặc có lửa, cháy.

Bật đèn tự động khi trời tối.

Lưu thời gian, thông tin người dùng, trạng thái ra vào bãi xe ở file Excel.

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống

Khối xử lý trung tâm đóng vai trò cốt lõi của hệ thống, chịu trách nhiệm truyền dữ liệu để cập nhật cơ sở dữ liệu và hiển thị thông tin lên màn hình LCD Nó đồng thời gửi dữ liệu tới khối chấp hành, nhận tín hiệu từ khối cảm biến và đầu đọc (reader), và chuyển toàn bộ dữ liệu đã xử lý lên máy tính để lưu trữ và phân tích.

Khối hiển thị: Nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị ra LCD lời chào, vị trí bãi xe còn trống.

Khối cảm biến: Truyền dữ liệu thu thập từ cảm biến đến khối xử lý trung tâm.

Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho các khối: hiển thị LCD, chuông báo, trung tâm xử lý…

Khối chấp hành: Nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm, thực thi các yêu cầu được giao như servo, loa, đèn.

Khối Reader: Đọc dữ liệu thừ thẻ RFID, truyền dữ liệu đến bộ xử lí trung tâm.

Giao diện Excel trên máy tính: Nhận thông tin ID, tên, thời gian, trạng thái ra vào từ khối xử lí trung tâm qua cổng USB.

3.1.3 Hoạt động của hệ thống

Khi hệ thống được cấp nguồn hệ thống sẽ hoạt động theo trình tự như sau:

Bước 1: Khi được cấp nguồn, toàn bộ hệ thống sẽ khởi động và bắt đầu hoạt động; các khối hiển thị và khối chấp hành thực thi sẽ đợi tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, còn khối cảm biến sẽ tiến hành thu thập thông tin để cung cấp dữ liệu cho quá trình xử lý.

Bước 2: Khối xử lý trung tâm sẽ bắt đầu nhận dữ liệu từ khối cảm biến và reader sau khi được cấp nguồn hoạt động.

Trong bước 3, tín hiệu từ khối cảm biến và reader MFRC522, cùng các cảm biến hồng ngoại, cảm biến ánh sáng và cảm biến lửa, được truyền tới khối xử lý trung tâm để xử lý Dữ liệu sau khi xử lý được gửi đến máy tính nhằm phân tích và từ đó hệ thống phát sinh các yêu cầu thực thi, chuyển tới khối chấp hành để thực hiện.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến lửa với mức giá khác nhau, đáp ứng đa dạng ngân sách và yêu cầu của hệ thống Vì mục tiêu của hệ thống chỉ là phát hiện lửa, tôi đã chọn mua một cảm biến có giá thành khá rẻ nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về phát hiện lửa và độ nhạy cần thiết cho vận hành của hệ thống.

Sơ đồ kết nối cảm biến lửa với board ArduinoUno được kết nối như sau:

Hình 3.2: Kết nối cảm biến lửa với Arduino Uno

 Kết nối cảm biến lửa với

Ardunio: Chân VCC: kết nối nguồn 5V Chân GND: nối mass chung.

Chân Output Digital: kết nối với chân số 7 của Arduino R3 (U1).

Khi không phát hiện ngọn lửa tín hiệu ở chân DO ở mức cao (5V), khi phát hiện có tia lửa tín hiệu ở chân DO ở mức thấp (0V).

Khi module hoạt động các chân tín hiệu sẽ báo tín hiệu về thiết bị điều khiển Lúc đó tín hiệu chân DO:

+ Tín hiệu mức cao là không có lửa.

+Tín hiệu mức thấp là có lửa

AO cho ra tín hiệu tương tự.

Với giá thành thấp, hoạt động ổn định, có thể điều chỉnh độ nhạy của cảm biến và yêu cầu của hệ thống không cần độ chính xác cao về cường độ ánh sáng nên em đã dùng cảm biến này.

Hình 3.3: Kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino Uno

 Kết nối cảm biến ánh sáng với

Ardunio: Chân VCC: kết nối nguồn 5V.

Chân GND: nối mass chung.

Chân DO: kết nối với chân số 8 của Arduino.

Tại chân DO, mạch trả về mức HIGH (5V) khi trời tối (cường độ ánh sáng chiếu vào thấp) và LOW (0V) nếu ngược lại.

Tại chân AO cho ra tín hiệu tương tự của cường độ ánh sáng đo được.

Với thị trường hiện nay, có rất nhiều loại module về phát hiện vật cản như E18-D80NK, IR Infrared Obstacle Avoidance, XCK-TD100… Khoảng cách làm việc hiệu quả 2~5cm, điện áp làm việc là 3.3V đến 5V Độ nhạy sáng của cảm biến vật cản hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng….Với nhiều tính năng phù hợp với thiết kế của hệ thống, nhóm em đã chon module IR Infrared Obstacle Avoidance cho hệ thống.

Hình 3.4: Kết nối cảm biến hồng ngoại (vật cản) với Arduino Uno

 Kết nối cảm biến ánh sáng với

Ardunio: Chân VCC: kết nối nguồn 5V.

Chân DO: kết nối với chân A0, A1, A2, A3 của Arduino UNO R3 (U1)

Mô tả hoạt động: Đèn LED trên module sáng khi tín hiệu chân DO ở mức thấp (0V) và tắt khi tín hiệu DO ở mức cao (5V) Việc này cho phép nhận diện nhanh trạng thái của tín hiệu DO và điều khiển thiết bị dựa trên mức điện áp đầu vào.

3.2.2.1 Động cơ Servo SG-90 Động cơ RC Servo 90 là động phổ biến dùng trong các mô hình điều khiển nhỏ và đơn giản như cánh tay robot hay các cơ cấu chấp hành dơn giản Động cơ có tốc

Download TIEU LUAN MOI nhanh chóng qua email skknchat123@gmail.com, với độ phản ứng nhanh và được tích hợp sẵn driver điều khiển động cơ Bạn có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp PWM với điều độ rộng xung, mang lại điều khiển chính xác và linh hoạt cho các dự án tự động hóa Đây là lựa chọn hiệu quả cho các hệ thống điều khiển động cơ cần phản hồi nhanh và tích hợp đầy đủ driver cần thiết.

Hình 3.5: Kết nối động cơ Servo SG-9G với Arduino Uno

Kết nối cảm động cơ với Ardunio:

Chân VCC: kết nối nguồn 5V.

Chân PWM: kết nối với chân số 6 của 2 board Arduino UNO R3.

Động cơ RC servo được điều khiển bằng cách cấp một chuỗi xung PWM Tần số của xung điều khiển là 50 Hz, và góc quay của động cơ phụ thuộc vào độ rộng của xung điều khiển Loại động cơ này có giới hạn về góc quay, với góc quay tối đa là 180 độ.

Khi có tín hiệu PWM từ Ardunio gửi đến thì Servo thực hiện xoay động cơ đóng/mở cửa.

Module 1 relay 5V gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A Module relay 1 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển.

Module 1 relay 5V sử dụng chân kịch mức thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay Ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC Vì những thuận lợi về đặc tính trên, em nên em đã chọn module này.

Hình 3.6: Kết nối module Relay 5V với Arduino Uno

Module 1 Relay 5V hoạt động với kịch mức thấp (0V); khi có tín hiệu 0V vào chân IN, relay sẽ nhảy sang chế độ thường mở (NO) Chân IN của module được kết nối vào chân số 4 của board Uno R3 (U1).

Buzzer là thiết bị phát tiếng còi hoặc tiếng bíp, trong đó loại phổ biến nhất là buzzer áp điện, một miếng phẳng của vật liệu áp điện với hai điện cực và cần các mạch dao động để được điều khiển Buzzer áp điện có tuổi thọ cao, hiệu suất ổn định và chất lượng tốt, được sản xuất ở dạng nhỏ gọn phù hợp với thiết kế các mạch còi buzzer và mạch báo động.

Hình 3.7: Kết nối buzzer (loa) với Arduino Uno

Kết nối loa với Ardunio:

Chân dương (+) nối với VCC

Chân âm (-) nối với chân tín hiệu số 5 của 2 board Arduino UNO R3.

Nguyên lý hoạt động rất đơn giản: thiết bị sẽ phát âm thanh khi chân tín hiệu được kéo xuống mức LOW và sẽ ngừng phát khi chân tín hiệu được kéo lên mức HIGH Quá trình này cho phép điều khiển báo hiệu bằng tín hiệu điện: khi ở mức LOW mạch được kích hoạt và phát âm thanh, khi ở mức HIGH mạch tắt và âm thanh dừng Đây là nguyên lý cơ bản ứng dụng cho buzzer, cảnh báo và các hệ thống điều khiển bằng vi điều khiển, mang lại khả năng phản hồi âm thanh ngay khi trạng thái tín hiệu thay đổi.

LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển Giải pháp là dùng module I2C giúp giảm số chân kết nối, bởi vì thay vì cần 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2, module I2C chỉ dùng 2 chân (SCL, SDA) Module I2C hỗ trợ các loại LCD dùng driver HD44780 (LCD 16x2, 20x4, ) và tương thích với hầu hết các dòng vi điều khiển hiện nay Vì vậy em chọn module I2C để thực hiện đề tài này.

Sơ đồ kết nối khối hiển thị với khối xử lí trung tâm:

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối khối hiển thị với khối xử lí trung tâm

 Kết nối module I2C LCD với

Ardunio: Chân VCC: kết nối nguồn

Chân SDA: kết nối với chân A4 của 2 board Arduino.

Chân SCL: kết nối với chân số A5 của 2 board Arduino.

Khối hiển thị được kết nối với Arduino Uno để nhận dữ liệu từ hệ thống và sau đó hiển thị thông tin cần thiết Sau khi nhận dữ liệu, khối hiển thị sẽ trình chiếu lời chào người dùng và cập nhật tình trạng bãi gửi xe Mô tả hoạt động cho thấy quá trình giao tiếp giữa Arduino Uno và màn hình hiển thị diễn ra liền mạch và cập nhật thông tin theo thời gian thực Thiết kế này giúp người dùng dễ dàng theo dõi trạng thái đỗ xe và tương tác với lời chào thân thiện từ hệ thống.

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại đầu đọc thẻ RFID với mức giá và chất lượng khác nhau Để đáp ứng yêu cầu hệ thống ở mức đơn giản và đảm bảo sự phù hợp giữa module với board xử lý, cùng sự dễ phát triển và chỉ cần thực hiện các thao tác đọc, ghi và phát hiện thẻ RFID, nhóm đã chọn module MFRC522 để tương thích với hệ thống.

Hình 3.9: Kết nối khối Reader (MFRC522) với Arduino Uno

Bảng 3.1: Sơ đồ kết nối chân MFRC522 với Arduino

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HỆ THỐNG

- Đầu tiên khởi tạo các cổng kết nối UART, khởi tạo các thư viện các biến sử dụng trong chương trình.

- Sau đó thực hiện đọc dữ liệu từ các cảm biến gửi về khối xử lí trung tâm.

- Tiếp theo thực hiện chương trình phát hiện, đọc thẻ RFID.

Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật chương trình chính

Hình 3.12: Lưu đồ giải thuật chương trình con cảm biến

Giải thích chương trình con cảm biến:

- Đọc kiểm tra vị trí trạng thái bãi xe từ module cảm biến hồng ngoại gửi về, sau đó cập nhật dữ liệu cho LCD.

- Kiểm tra cháy từ module cảm biến lửa gửi về:

+ Nếu có cháy: thực hiện mở 2 cửa ra vào, bật loa báo cháy, LCD 2 ngõ hiển thị cảnh báo có cháy.

+ Nếu không có cháy: tắt loa báo cháy, LCD hiển thị lời chào bình thường

- Kiểm tra trời tối: module cảm biến ánh sáng cảm biến cường độ ánh sáng + Nếu trời sáng: Tắt đèn.

+ Nếu trời tối: Bật đèn.

- Đầu tiên, kiểm tra có thẻ quét vào đầu đọc hay không Nếu không thì kết thúc chương trình, nếu có thì thực hiện bước kế tiếp.

- Sau đó thực hiện đọc dữ liệu ID từ đầu đọc gửi về khối xử lí trung tâm, so sánh với ID lưu trong code:

+ Nếu đúng: Mở cửa, LCD hiển thị tình trạng bãi xe hoặc lời chào, chông báo thẻ đúng kêu, giữ trạng thái 4 giây.

+ Nếu sai: Đóng cửa, LCD hiển thị báo sai thẻ, chông báo thẻ sai kêu, giữ trạng thái 4 giây.

- Tiếp theo sẽ gửi dữ liệu ngày giờ, ID thẻ, tên người dùng, trạng thái ra vào lên máy tính.

THI CÔNG

Sau khi hoàn thiện thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý toàn mạch, bước tiếp theo là vẽ mạch in dựa trên các bản thiết kế đã có Mạch in (PCB) sẽ thể hiện đầy đủ các kết nối giữa các khối chức năng, đảm bảo đường tín hiệu và nguồn cấp được bố trí hợp lý, tối ưu hóa bố trí để giảm nhiễu và tăng tính khả thi sản xuất.

Hình 3.14: Mạch in của hệ thống

KẾT QUẢ

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, lập trình và kiểm thử, tôi đã hoàn thành mô hình đề tài Tuy nhiên do tình hình dịch bệnh và điều kiện đi lại còn khó khăn, đồ án chỉ được hoàn thiện ở dạng testboard và vẫn còn một số thiếu sót về thiết bị.

Hình 4.1: Mô hình mạch testboard của đề tài

Khi khởi tạo bắt đầu hệ thống màn hình LCD ở ngõ vào sẽ hiển thị

“Welcome Check your Card”, ngõ ra “Please Check your card” đồng thời hai thanh barie ở vị trí đóng.

Hình 4.2 mô tả trạng thái LCD và thanh barrier ở vị trí khởi động tại ngõ vào và hình 4.3 mô tả trạng thái LCD và thanh barrier ở ngõ ra Khi quét thẻ RFID trên đầu đọc ở ngõ vào, đầu đọc sẽ gửi mã ID của thẻ về bộ xử lý trung tâm để kiểm tra, nếu ID thẻ đúng hệ thống sẽ cấp quyền mở barrier và hiển thị trạng thái thành công trên LCD; ngược lại sẽ hiển thị cảnh báo từ chối và barrier giữ ở vị trí đóng.

LCD hiển thị trạng thái của từng vị trí trong bãi giữ xe: ký hiệu X ở một vị trí cho biết đã có xe chiếm chỗ, ký hiệu V cho biết vị trí đó còn trống và có thể vào đậu Khi thẻ được xác thực đúng, thanh barrier sẽ mở và chuông báo sẽ kêu Sau 4 giây, hệ thống sẽ quay về trạng thái ban đầu để sẵn sàng cho lượt xe tiếp theo (Hình 4.4)

Trong trường hợp thẻ bị từ chối, LCD sẽ hiển thị thông báo "Wrong Card Check Again", thanh barrier sẽ đóng lại và chuông báo thẻ sai sẽ kêu; sau 4 giây hệ thống sẽ quay về trạng thái khởi tạo ban đầu như được mô tả ở Hình 4.5.

Trong hệ thống kiểm soát truy cập bằng thẻ RFID, khi quét thẻ tại đầu đọc ở ngõ vào, mã ID của thẻ được gửi về bộ xử lý trung tâm để xác thực; nếu ID thẻ hợp lệ, hệ thống sẽ mở barrier và hiển thị trạng thái thành công trên LCD, với thanh barrier ở vị trí cho phép (những hình 4.4 và 4.5 minh họa trạng thái LCD và thanh barrier khi quét đúng ở ngõ vào); ngược lại, nếu ID thẻ sai hoặc không hợp lệ, hệ thống sẽ từ chối truy cập và đóng barrier đồng thời cập nhật thông báo trên LCD Tại ngõ ra, khi quét thẻ RFID, đầu đọc cũng gửi ID về bộ xử lý trung tâm để kiểm tra và cập nhật trạng thái LCD và thanh barrier tương ứng với kết quả xác thực.

Đúng: Màn hình LCD hiển thị thông điệp "Goodbye See you again", thanh barrier mở, chuông báo thẻ đúng kêu, và sau 4 giây hệ thống trở về trạng thái khởi tạo như được thể hiện trong Hình 4.6.

Khi thẻ bị lỗi, LCD hiển thị “Wrong Card Check again”, thanh barie đóng lại và chuông báo thẻ sai kêu lên; sau 4 giây hệ thống sẽ trở lại trạng thái khởi tạo ban đầu, như thể hiện ở Hình 4.7.

Hình 4.6: Trạng thái LCD và thanh barie Hình 4.7: Trạng thái LCD và thanh khi quét ID thẻ đúng ở ngõ ra barie khi quét ID thẻ sai ở ngõ ra

Mở file Excel đã cài đặt công cụ PLX-DAQ, chọn kết nối với cổng COM của máy tính, thiết lập tốc độ baud phù hợp, chọn trang tính để lưu thông tin và nhấn Connect để kết nối Ngoài ra, bạn có thể thiết lập thêm một số thuộc tính phụ cho trang tính để tối ưu hóa quá trình ghi dữ liệu và quản lý thông tin hiệu quả.

Hình 4.8: Bảng thiết lập kết nối giữa bộ xử lí trung tâm và file Excel trên máy tính

Thông tin ngày giờ, mã ID thẻ, tên người dùng và trạng thái vào/ra sẽ được hiển thị trên file Excel để theo dõi hoạt động Đối với thẻ hợp lệ đã được lưu trong hệ thống, tên người dùng tương ứng sẽ được hiển thị, giúp nhận diện và báo cáo nhanh chóng.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat người dùng, đối với thẻ sai (chưa có trong hệ thống) sẽ hiển thị “Warning Wrong Card” ở mục USER.

Hình 4.9: Giao diện hiển thị trên file Excel

Khi cảm biến ánh sáng nhận biết cường độ ánh sáng yếu (trời tối) thì bật đèn, khi trời sáng thì tắt đèn.

Hình 4.10: Bật đèn khi trời tối

Khi cảm biến lửa phát hiện lửa, hai màn hình LCD sẽ hiển thị cảnh báo

Trong trường hợp có cháy, hệ thống sẽ kích hoạt loa cảnh báo với thông điệp 'Cảnh báo có cháy' và hai thanh barie sẽ mở để tạo lối thoát an toàn; khi không còn lửa, hệ thống sẽ tự động trở về trạng thái ban đầu.

Hình 4.11: Hệ thống khi phát hiện có cháy

NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ

Sau khi hoàn thiện, chúng tôi tiến hành chạy thử toàn bộ hệ thống nhằm đánh giá độ ổn định, tính chính xác và độ trễ khi điều khiển Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng các tiêu chí đã đề ra trong quá trình lên ý tưởng và thiết kế, các thiết bị và module hoạt động tốt và tương thích với nhau Tuy nhiên trong một thời gian dài kiểm thử, hệ thống vẫn chưa ổn định hoàn toàn và dễ bị nhiễu nguồn, cho thấy cần phân tích nguồn nhiễu và triển khai các biện pháp khắc phục như cải thiện cách ly, giảm nhiễu và tối ưu hóa phần mềm điều khiển Các bước tiếp theo tập trung vào nâng cao độ ổn định, hạn chế nhiễu nguồn và đảm bảo tính chính xác cùng độ trễ ở mức phù hợp cho vận hành thực tế.

Tiêu đề	Đồ Án Môn Học Bãi Xe Tự Động Sử Dụng Công Nghệ RFID
Tác giả	Lê Nguyễn Đạt
Người hướng dẫn	Ths Nguyễn Văn Phúc
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Đào tạo chất lượng cao
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	4,25 MB