Xây dựng bãi đỗ xe thông minh

Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ và xử lý ảnh để nhận dạng biển số xe thì những vấn đề như mất xe, mất vé gửi xe đã được giải quyết nhanh gọn và triệt để.. Xuất phát từ những vấn đề thiết

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ I

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Môn học: Đồ án thiết kế hệ thống nhúng

Đề Tài: Xây dựng bãi đỗ xe thông minh

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Minh

Mục lục

Lời mở đầu………

Chương 1: Tổng quan………

1 Giới thiệu……….

2 Tình hình nghiên cứu trong nước ……….

3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước………

4 Tính cấp thiết của đề tài……….

5 Mục tiêu đề tài……….

6 Phương hướng thực hiện đề tài………

Chương 2: Cơ sở lý thuyết………

1 Giới thiệu linh kiện……….

1.1 Arduino UNO R3………

1.2 Module RFID RC522………

1.3 Màn hình LCD 16×2………

1.4 Động cơ Servo SG90………

1.5 Module cảm biến siêu âm HC-SR04………

1.6 Modul cảm biến phát hiện lửa………

2 Phần mềm lập trình………

2.1 phần mềm lập trình Aruino IDE……….

2.2 Phần mềm visual Studio 2019………

Chương 3: Thiết kế hệ thống giám sát , cảnh báo……….

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống………

2 Lưu đồ thuật toán………

3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống……….

3.1 Hệ thống giám sát vị trí trống………

3.2 Hệ thống báo cháy………

3.3 Hệ thống kiểm soát xe ra vào………

3.4.Hệ thống nhận diện biển số xe………

4 Source code hoạt động………

4.1 Hệ thống giám sát vị trí trống………

4.2 Hệ thống báo cháy………

4.3 Hệ thống kiểm soát xe ra vào………

Chương 4: Hệ thống phần mềm giám sát, quản lí xe ra vào………

1 Bảo mật đăng nhập ………

2 Hệ thống giám sát, quản lí dữ liệu xe………

2.1 Giao diện giám sát……….

2.2 Giao diện quản lí dữ liệu………

3 Nguyên lý điều khiển truyền nhận dữ liệu………

Chương 5: Thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm………

Chương 6: Kết luận và phương hướng phát triển………

1 Kết luận………

2 Phương hướng phát triển………

Lời mở đầu

Theo sau sự phát triển và biến động như vũ bão của nền kinh tế, cùng đó là tốc độ pháttriển chóng mặt của Khoa học – Kỹ thuật, ngày nay ở các thành phố lớn mật độ số lượng xe ngàycàng đông Điều này phần nào nói lên sự phát triển của một quốc gia nhưng ngược lại dẫn đến sự

ô nhiễm về môi trường, ùn tắc giao thông và thiếu bãi đậu, đỗ xe cần được giải quyết Điện tửđang trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm, đã và đang đáp ứng nhu cầu của mọi người vềtất cả những lĩnh vực phổ biến trong đời sống Các thiết bị điện tử đã, đang và sẽ tiếp tục đượcứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả tối ưu nhất trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuậtcũng như đời sống xã hội Với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, rất nhiều nhữngvấn đề đã được giải quyết một cách nhanh gọn với công nghệ điện tử hiện đại Các bãi giữ xetruyền thống đã không còn phù hợp với những trung tâm thương mại, siêu thị hay bệnh viện vìnhững rắc rối mà nó mang lại Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ và xử lý ảnh để nhận dạng biển số

xe thì những vấn đề như mất xe, mất vé gửi xe đã được giải quyết nhanh gọn và triệt để Xuất phát

từ những vấn đề thiết thực đó đề tài “Thiết kế, thi công bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID và

xử lý ảnh” đã được chọn cho quá trình nghiên cứu

Báo cáo này nghiên cứu về “Thiết kế, thi công bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID và xử lýảnh” Do đặc điểm công nghệ, thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở mứcnghiên cứu lí thuyết Bài báo cáo không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự góp ýchân thành của thầy giáo và các bạn để bài báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn Chúng

em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Tổng quan

1 Giới thiệu

Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu của conngười về sự tiện lợi trong cuộc sống ngày càng tăng, càng ngày mật độ dân cư và xe cộ càngđông Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng xe máy, điều này cũng phản ánh sự phát triển của mộtquốc gia nhưng cũng dẫn đến những vấn đề như là môi trường, ùn tắc giao thông, thiếu bãi đậu

xe, cần được giải quyết cấp thiết

Trong khi ngành công nghiệp điện tử cũng đang phát triển rất mạnh, đã và đang dẫn đáp ứng đượcnhu cầu từ tất cả các lĩnh vực công nông, lâm, ngư nghiệp cho đến những nhu cầu trong đời sốnghàng ngày Với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, nhiều vẫn để từ đó đã được giảiquyết nhanh gọn với công nghệ điện tử và tự động hóa Vậy nên các bãi xe truyền thống đã khôngcòn phù hợp với | hầu hết các trung tâm thương mại, hội nghị, chung cư hay những bệnh viện lớn,

vì những rắc rối mà nó mang lại như ùn tắc, mất xe, mất vé gửi xe, Với hệ thống giữ xe bằng thẻ

từ, các vấn đề gần như được giải quyết triệt để Xuất phát từ các vấn đề thiết thực đó, đề tài “Bãigiữ xe ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh” đã được chọn để nghiên cứu

2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay tình trạng bãi giữ xe dần trở nên là một vấn đề nan giải ở các thành phố lớn trong nước

ta vào các dịp lễ Tết và cũng như là ngày thường Trong khi đó, cũng xuất hiện thêm rất nhiềucác bãi xe tự phát với mục đích là thu lợi nhuận từ tiền gửi xe của người dân nhưng không đảmbảo về an ninh, chất lượng quản lý và đặc biệt là lấy giá vé gửi xe rất cao, khiến cho rất nhiều bộphận người dân bức xúc Vì thể có thể thấy nhu cầu về bãi xe thông minh và an toàn ở thời điểmhiện tại là cực ký lớn

Năm qua, UBND TP.HCM đã có ý kiến về việc đầu tư bãi đậu xe thông minh cao tầng lắp ghéptrên địa bàn TP Theo đó, UBND TP.HCM chấp thuận về nguyên tắc đầu tư xây dựng và khaithác tạm các bãi đậu xe thông minh ở các vị trí đắt đủ điều kiện để phục vụ nhu cầu dừng đậu xetại khu trung tâm TP HCM theo như để xuất của Sở Giao thông Vận tải

3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ngày nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới như Hàn Quốc, Nhật Bản, Australia, gần như hoàntoàn 100% ở những thành phố lớn và chật hẹp, người ta đã xây dựng hệ thống bãi giữ xe tự độngđược trang bị thiết bị để di chuyển xe từ mặt đất lên điểm đỗ xe trên cao hay xuống dưới lòng đất

để tiết kiệm diện tích (hay còn gọi là hệ thống gửi xe ngầm) Đây là những giải pháp giúp tăngxấp xỉ khoảng 100 lần số lượng xe so với cách giữ xe truyền thống, cho phép giải quyết được vấn

đề về thiếu mặt bằng xây dựng và rất nhiều những vấn đề khác

Ở các nước phát triển công nghệ RFID và IoT gần như đã được ứng dụng hầu hết trong mọi lĩnhvực Việc ứng dụng công nghệ mới đã góp phần phát triển kinh tế, đất nước và bảo vệ môi trườngrất nhiều Nạn kẹt xe hay thiếu chỗ để xe và vấn đề về an ninh, bảo mật, sự không hài lòng củacác hành khách ở bãi xe về chất lượng quản lý đã không còn nữa vì các bãi xe theo kiểu truyềnthống đã không còn quá nhiều và dần biến mất

4 Tính cấp thiết của đề tài

Như vấn đề đã đặt ra thì nhu cầu sử dụng bãi xe thông minh ở thị trường Việt Nam rất cao vàthậm chí là đã lên đến đỉnh điểm Nắm bắt được điểm yếu đó trên thị trường nên nhiều công ty vềcông nghệ đã không ngừng phát triển các hệ thống bãi đỗ xe thông minh nhằm đáp ứng nhu cầucủa người dân cũng như là thu về lợi nhuận rất khủng

Như ở các bãi xe truyền thống trước đó, bộ phận quản lý gặp rất nhiều khó khăn trong công việcquản lý và cũng không ít trường hợp nhân viên giữ xe bị gây khó dễ, việc thất thoát tài chính làđiều không tránh khỏi, ở một số nơi việc ghi nhấn lên xe khiến nhiều người khó chịu, còn nếu chỉ

vé xe bằng giấy thì một số trường hợp bị ướt sẽ rất khó xử lý, gây lãng phí và ô nhiễm môitrường

Để khắc phục những vấn đề đó thì đề tài này phần nào góp phần giải quyết được nhu cầu về bãi

xe, tích hợp được công nghệ RFID vẫn để cải thiện tỉnh hiệu quả và linh hoạt trong các hệ thốnghiện có

5 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của đề tài là thiết kế và thi công được một hệ thống bãi giữ xe gồm mô hình một bãi giữ

xe tự động và phần mềm quản lý trên PC sử dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh

6 Phương hướng thực hiện đề tài

- Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về khoa học điện

tử, tham khảo từ nguồn Internet và các đồ án của những khóa trước

- Phương pháp quan sát: khảo sát một số bãi xe thông mình hiện hình để đưa ra phương án thiết kếsau này cách tốt nhất

- Phương pháp thực nghiệm từ những ý tưởng và kiến thức của nhóm, kết hợp với sự hướng dẫncủa giảng viên, nhóm đã chọn lọc được cách làm tối ưu nhất

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

1 Giới thiệu linh kiện

1.1 Arduino UNO R3

Board Arduino UNO R3

Arduino Uno R3 là kit Arduino Uno thế hệ thứ 3, tích hợp vi điều khiển ATmega328P(8bits),với khả năng lập trình cho các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh chocác loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khảnăng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART,SPI, TWI (12C)

Arduino Uno R3 có 6 chân Analog (A0 : A5) cung cấp độ phân giải 10bit (0 : 210-1) để đọcgiá trị điện áp trong khoảng 0V – 5V Với chân AREF trên board, ta có thể đưa vào điện áp thamchiếu khi sử dụng các chân Analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng cácchân Analog để đo điện áp trong khoảng 0V : 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Arduino có thể cấp nguồn 5V thông qua cổng USB Bộ nhớ của Arduino Uno R3 cung cấp chongười dùng:

- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điềukhiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng rất hiếmkhi nào cần quá 20KB bộ nhớ này

- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ ở đây.Khai báo càng nhiều biến thì cần càng nhiều bộ nhớ RAM

- Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM trở thành thứ đáng để mà phải bận tâm Khimất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất EPROM (Electrically Eraseble Programmable Read OnlyMemory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi mà bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mìnhvào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM là 1KB.

Hình 1: Thông số kĩ thuật board Arduino UNO R3

khả năng băm xung)

Flash Memory

32 KB (ATmega328P)0.5 KB được sử dụngbởi bootloader

11

Dùng giao tiếp SPI kết nối với ARDUINO, kết nối qua 4 chân: SCK, MISO, MOSI, SS

- SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữnhịp, mỗi nhịp trên chân SCK bảo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi - MISO - Master Input /Slave Output:Nếu là chip Master thì đây là đường Input, còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output

MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau MOSI - Master Output / SlaveInput: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input MOSTcủa Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau Ss - Slave Select: đường chọn Slave cẩngiao tiếp, tích cực mức thấp

- Khoảng cách hoạt động: 0-60mm (mifarel card)

- Chuẩn giao tiếp: SPI

- Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s

1.3 Màn hình LCD 16×2

LCD 2014 là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng mãASCII Mỗi ô của Text LCD bao gồm các chấm tỉnh thể lỏng, các chấm này kết hợp với nhau theotrình tự “ẩn” hoặc “hiện” sẽ tạo nên các kí tự cần hiển thị và mỗi ô chỉ hiển thị được một kí tự duynhất.

LCD 16x2 nghĩa là loại LCD có 2 dòng và mỗi dòng chỉ hiển thị được 16 kí tự Đây là loạimàn hình được sử dụng rất phổ biến trong các loại mạch điện,

Thông số kĩ thuật của LCD 2014:

- Điện áp: 5V

- Ngõ giao tiếp: 16 chân

- Màu sắc: xanh lá hoặc xanh dương

- Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển: LCD I2C 16x2

Kết nói với Arduino thông qua module chuyển đổi I2C với địa chỉ giao tiếp I2C là 0×27

Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004, ) cần có ít nhất 6chân của MCU kết nối với các chân RS, EN, D7, D6, D3 và D4 để có thể giao tiếp với LCD.Nhưng với module chuyển giao tiếp LCD silhg 12C, chỉ cần hai chân (SDA và SCL) của MCUkết nối với hai chân (SDA và SCL) của module để có thể hiển thị thông tin lên LCD Ngoài ra cóthể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module

Thông số kĩ thuật của module 12C:

- Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)X15.3MM(H)

- Trọng lượng: 5g

- Điện áp hoạt động: 2,5v-6v

- Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

- Biến trở xoay độ tương phản cho LCD

điều khiển này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hối tiếp

sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí trong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệchcho động cơ đạt được điểm chính xác

Thông số kỹ thuật của động cơ:

- Momen xoăn: 1.8kg/cm

- Tốc độ hoạt động 60 độ trong 0,1 giây

- Điện áp hoạt động 4,8V

- Nhiệt độ hoạt động: 00C-550C

1.5 Module cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Ultrasonic Sensor) được sử dụng rất phổ biến để xác địnhkhoảng cách vì rẻ và chính xác Cảm biến HC-SR04 sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảngcách trong khoảng từ 2 -> 300cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình

Hình 2: Module cảm biến siêu âm HC-SR04

Chú thích: VCC (5V), trig (chân điều khiển phát), echo (chân nhận tín hiệu phản hồi),GND (nối đất)

Cảm biến siêu âm SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Cảm biến gồm 2module: 1 module phát ra sóng siêu âm và 1 module thu sóng siêu âm phản xạ về Đầu tiên cảmbiến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40khz Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu

âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúcnhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật

Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh (340 m/s) / 2

THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04

1.6 Modul cảm biến phát hiện lửa

Hình 3: Modul cảm biến phát hiện lửa

Cảm biến chuyên dùng để phát hiện lửa, thường dùng trong các hệ thống báo cháy Tầmhoạt động trong khoảng 80cm với góc quét 60° Cảm biến nhận biết được lửa tốt nhất với bướcsóng 760nm - 1100nm Mạch còn được tích hợp IC LM393 để so sánh tạo mức tín hiệu và có thể

chỉnh được độ nhạy bằng biến trở.

Tính năng:

- Khả năng phát hiện lửa hoặc nguồn sáng có bước sóng tương tự

- Sử dụng cảm biến hồng ngoại YG1006 với tốc độ đáp ứng nhanh và độ nhạy cao

- Tích hợp IC LM393 để chuyển đổi ADC, tạo 2 ngõ ra cả số và tương tự, rất linh độngtrong việc sử dụng

- Biến trở để tùy chỉnh độ nhạy cảm biến

- Có thể ứng dụng trong các hệ thống báo cháy, robot chữa cháy,…

- GND > power supply ground

- AOUT (AO) > analog output

- DOUT (DO) > digital output

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

Sau khi khởi động phần mềm Arduino IDE ta được giao diện như sau:

Vùng lập trình source code

2.2 Phần mềm visual Studio 2019

Hình 4:Giao diện sau khi khởi động phần

Visual studio là một công cụ quen thuộc đối với các lập trình viên chuyên nghiệp,đặc biệt là những người lập trình theo hướng VB+ và C#

Với mục tiêu sử dụng phần mềm quản lí , giám sát xe ra vào nên phần mềm viết chươngtrình thiết kế hệ thống quản lí sử dụng Visual Studio 2019 trên nền tảng ngôn ngữ C#

Chương 3 Thiết kế hệ thống giám sát , cảnh báo

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Sơ đồ nguyên lý hệ thống

2 Lưu đồ thuật toán

Cảnh báo lửa Kiểm soát xe ra vào

Hệ thống giám sát vị trí

Start Start

Sart

Kiểm tra

Kiểm tra hồng ngoại

Đọc khoảng cách

9

Có thẻ

Gửi dữ liệu

về hệ thống Báo chỗ trống

Khoảng cách <9

Báo vị trí đã được sử dụng

3 Nguyên lý hoạt động của các hệ thống

3.1 Hệ thống giám sát vị trí trống

Hệ thống giám sát vị trí trống sử dụng cảm biến siêu âm Dựa trên nguyên lý của cảm biến

là truyền nhận sóng rồi thông qua thời gian truyền nhận để tính ra khoảng cách Dựa vào đặctrưng này áp dung vào hệ thống bằng cách khi có xe vào khoảng cách cảm biến đọc được sẽ thayđổi dựa vào sự thay đổi này để nhận biết vị trí trống trong nhà xe, thông qua đó gửi thông tin hiểnthị trên lcd giúp cho người quản lí cũng như khách gửi xe có thẻ quan sát trực tiếp nắm bắt thôngtin vị trí trống

3.2 Hệ thống cảnh báo cháy

Hệ thống báo cháy sử dụng modul cảm biến hồng ngoại để nhận biết ngọn lửa, khi có nửatia hồng ngoại sẽ nhận biết và gửi giữ liệu về Ardunio khi nhậ được dữ liệu cảnh báo, Ardunio sẽbật đèn để cảnh báo cháy

3.3 Hệ thống kiểm soát xe ra vào

Kiểm soát xe ra vào sử dụng modul RFID đọc id thẻ từ và camera nhận diện biển số thôngqua đó kiểm soát thông tin xe ra vào khi nhận được dữ liệu xe hệ thống điều khiển servo như 1barie để kiểm soát việc ra vào của xe

3.4 Hệ thống nhận diện biển số xe

Hệ thống nhận diện biển số xe sử dụng thư viện emgu.cv hỗ trợ xử lí ảnh

Quá trình nhận diện biển số :

- Xác định nhận dạng khung biển số

- Biến đổi ảnh đen trắng

- Phân biển số thành các phần nhỏ chứa các kí tự

- Sử dụng hàm trong emgu.cv là TesseractProcessor để nhận diện xác định kí tự.Trong quá trình này trước hết đưa các kí tự mẫu vào , qua so sánh với kí tự mẫu đểnhận diện đưa ra chữ số trên biển số

- Sau khi nhậ diện kí tự gộp lại thành chuỗi đưa về app

4 Sourc code hoạt động