Chính vì vậy việc áp dụng các mô hình bãi đỗ xe thông minh công cộng đểgiải quyết tình trạng khan hiếm chỗ để xe là vô cùng cần thiết đối với các đô thịlớn của nước ta.. Để giải quyê
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam đã dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện giao thông Theo báo cáo doanh số từ Hiệp hội Các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) và TC Motor, tình hình này cho thấy nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng cao trong cộng đồng.
Trong 8 tháng đầu năm 2022, VinFast và các hãng xe khác đã bán ra tổng cộng 328.630 ô tô, ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ so với cùng kỳ năm 2021.
Toyota, Hyundai và Kia chiếm hơn 1/3 tổng doanh số [1*].
Hình 1 1: Thị phần ô tô tại Việt Nam 8 tháng đầu năm 2022
Sự gia tăng phương tiện cá nhân dẫn đến nhu cầu mở rộng diện tích đất cho bãi đỗ xe Tuy nhiên, tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, vấn đề này đang trở nên ngày càng nghiêm trọng.
Nhu cầu quỹ đất tại Nẵng và Cần Thơ đang trở nên khó khăn do giá trị đất tăng nhanh và thiếu hụt đất cho các mục đích quan trọng khác Tình trạng này đã tạo ra áp lực lớn lên cơ sở hạ tầng đô thị, đặc biệt là nhu cầu về bãi đỗ xe.
Tại các khu vực trung tâm thành phố lớn, tình trạng ô tô dừng và đỗ không đúng quy định đang diễn ra phổ biến, ảnh hưởng đến giao thông và mỹ quan đô thị Các điểm dừng đỗ xe bị tận dụng ở nhiều nơi như vỉa hè, lòng đường và công viên, gây cản trở lưu thông Việc thiếu đầu tư vào các bãi đỗ xe tập trung khiến phương tiện cá nhân phải đậu trên đường, không chỉ làm giảm khả năng thông hành mà còn tiềm ẩn nguy cơ tai nạn giao thông và ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của người dân sống hai bên đường.
Hình 1 2: Tình trạng đỗ xe bừa bãi trên vìa hè, lòng đường
Sự gia tăng số lượng phương tiện giao thông, kết hợp với tình trạng dừng và đỗ xe bừa bãi, đã dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông nghiêm trọng tại các tuyến phố, đặc biệt là trong giờ cao điểm.
Hình 1 3: Tình trạng kẹt xe ở Việt Nam
Theo thống kê, số lượng bãi đỗ xe có giấy phép tại các thành phố hiện chỉ đáp ứng khoảng 8-10% nhu cầu của người dân, dẫn đến tình trạng thiếu bãi đỗ xe trở nên rất nghiêm trọng.
Việc áp dụng mô hình bãi đỗ xe thông minh công cộng là cần thiết để giải quyết tình trạng khan hiếm chỗ đỗ xe tại các đô thị lớn ở Việt Nam Nhiều quốc gia trên thế giới, như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Trung Quốc, Mỹ và các nước Châu Âu, đã triển khai hệ thống nhà đỗ xe nhiều tầng tự động để giải quyết vấn đề này Tại những quốc gia này, nhiều công ty chuyên kinh doanh bãi đỗ ô tô đã phát triển, trong đó hệ thống đỗ nhiều tầng tự động được sử dụng rộng rãi.
Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tự động chuyên cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các nhà đầu tư, mà không trực tiếp kinh doanh bãi đỗ xe Bên cạnh đó, họ còn sản xuất các thiết bị hỗ trợ như hệ thống lấy vé tự động và máy trả tiền tự động.
Hình 1 4: Bãi đỗ xe thông minh ở các nước trên thế giới
Bãi đỗ xe tự động mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với bãi đỗ xe truyền thống, không chỉ nhanh chóng mà còn rất tiện lợi Người sử dụng sẽ không còn lo lắng về việc xe bị xô xát, va đụng hay trầy xước, nhờ vào việc bãi đỗ xe được cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài.
Hệ thống đỗ xe tự động là thiết bị công nghệ cao, kết hợp các nguyên lý của hệ thống thang máy, xếp dỡ tự động và lưu kho tự động với độ chính xác cao Trong hệ thống này, xe được lưu giữ trong các ô đỗ dưới mặt đất hoặc trên cao, sử dụng thiết bị nâng chuyển với khả năng di chuyển theo phương ngang, phương đứng hoặc xoay, đảm bảo an toàn và chính xác.
Các máy nâng trong hệ thống bãi đỗ xe tự động được điều khiển bởi máy tính, giúp quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống, bao gồm số lượng xe đang gửi, số chỗ trống còn lại và trạng thái tại các ô lưu trữ Hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu quả trong việc sử dụng không gian và giảm thiểu thời gian tìm kiếm chỗ đỗ.
Hệ thống giữ xe tự động tiết kiệm diện tích bằng cách khai thác chiều cao của không gian, cho phép lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt đất Nhờ đó, số lượng xe mà một trạm giữ xe tự động có thể chứa gấp hàng chục lần so với bãi giữ ô tô thông thường.
Bãi giữ xe tự động giúp tiết kiệm thời gian cho khách hàng bằng cách loại bỏ nhu cầu tìm chỗ đậu xe trong các bãi xe thông thường, đặc biệt là vào giờ cao điểm Khách hàng chỉ cần đưa ô tô vào trạm đầu và nhập liệu, sau đó có thể yên tâm rời khỏi xe để thực hiện các công việc khác mà không cần lo lắng về vị trí đậu xe, vì hệ thống sẽ tự động đảm nhận công việc này.
Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng là rất quan trọng, giúp giảm thiểu nhiên liệu cho việc di chuyển xe và tìm chỗ đỗ Hệ thống quản lý năng lượng hoạt động bằng máy tính, cho phép tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.
Mục tiêu đề tài
Thiết kế và xây dựng bãi đỗ xe tối ưu được diện tích đất.
Thiết kế được mô hình hệ thống bãi đỗ cất và trả xe hoàn toàn tự động.
Xây dựng được thuật toán điều khiển cho xe đỗ ở vị trí gần nhất.
Ứng dụng công nghệ RFID trong hệ thống kết hợp với xử lý ảnh giúp nhận diện biển số xe và lưu trữ thông tin vào cơ sở dữ liệu SQL Server.
Thiết kế được giao diện điều khiển và giám sát trên C#, TIA Portal,
Nghiên cứu bãi đỗ xe vận hành hoàn toàn tự động, tối ưu được diện tích đất và thời gian gửi-trả xe.
Ứng dụng camera nhận diện biển số và giám sát hệ thống trên C#, TIA Portal, WinCC và Web Server.
Kiểm soát lưu lượng xe vào ra bằng hệ thống thẻ từ RFID
Ngoài ra một số thiết bị tự động khác như: cảm biến, động cơ…cũng được nghiên cứu và ứng dụng trong đề tài.
Hệ thống chưa có thanh toán trực tuyến.
Hệ thống không có liên kết với các app tiềm kiếm và đặt chỗ giữ xe như
1.5 Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Phương pháp tham khảo tài liệu.
Các nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu, tìm hiểu về các phần mềm lập trình như Visual Studio, TIA Portal, Arduino, SQL Server…
Nghiên cứu, tìm hiểu về phần cứng như PLC, Arduino, mạch đọc thẻ RFID, camera…
Xây dựng chương trình giao tiếp giữa máy tính và Arduino, PLC.
Nghiên cứu, tìm hiểu, xây dựng các thuật toán điều khiển hệ thống.
Xây dựng giao diện, chương trình điều khiển, giám sát trên C#, TIA Portal và WinCC.
Giới hạn đề tài
Hệ thống chưa có thanh toán trực tuyến.
Hệ thống không có liên kết với các app tiềm kiếm và đặt chỗ giữ xe như
Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Phương pháp tham khảo tài liệu.
Các nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu, tìm hiểu về các phần mềm lập trình như Visual Studio, TIA Portal, Arduino, SQL Server…
Nghiên cứu, tìm hiểu về phần cứng như PLC, Arduino, mạch đọc thẻ RFID, camera…
Xây dựng chương trình giao tiếp giữa máy tính và Arduino, PLC.
Nghiên cứu, tìm hiểu, xây dựng các thuật toán điều khiển hệ thống.
Xây dựng giao diện, chương trình điều khiển, giám sát trên C#, TIA Portal và WinCC.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phân tích các phương án bãi đỗ xe ô tô
2.1.1 Phương án bãi đỗ xe hình trụ tròn
Phương án thiết kế bãi đỗ xe hình tháp trụ đang trở thành xu hướng hiện nay, với nhiều tầng cho phép đỗ được số lượng xe lớn Hệ thống di chuyển xe vào ra tự động nhờ vào cơ cấu nâng hạ, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người sử dụng.
Hình 2 1: Phương án bãi đỗ xe hình trụ tròn
- Ưu điểm: Có sức chứa lớn, thời gian lấy xe nhanh, tính thẩm mỹ cao, cắt giảm được một lượng khí thải khi xe vào bãi.
- Nhược điểm: Vấn đề về chi phí đầu tư, yêu cầu về kỹ thuật công nghệ cao.
2.1.2 Phương án bãi đỗ xe dạng tháp Đây là phương án đỗ xe tự động rất phổ biến, với diện tích đất không lớn vẫn có thể đỗ được rất nhiều xe Cấu trúc thiết kế gồm nhiều tháp, mỗi tháp có nhiều tầng và mỗi tầng giữ được một xe Các xe vào ra được cơ cấu nâng hạ dịch chuyển.
Hình 2 2: Phương án bãi đỗ xe dạng tháp
- Ưu điểm: Số lượng xe đỗ được nhiều, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản, tiết kiệm diện tích, chi phí vận hành thấp.
- Nhược điểm: Vốn đầu tư cao, thời gian trả xe dài.
2.1.3 Phương án bãi đỗ xe xếp hình Đây là phương án đỗ xe phù hợp với các thành phố lớn có lượng xe quá tải.
Hệ thống sử dụng cấu trúc thiết kế một tháp và cao 2 hoặc 3 tầng, mỗi tầng giữ được từ 4 đến 5 xe.
Hình 2 3: Phương án bãi đỗ xe dạng xếp hình
- Ưu điểm: Chi phí thấp, phù hợp nhiều loại địa hình, tiết kiệm diện tích, bảo trì, bảo dưỡng, di chuyển đơn giản.
- Nhược điểm: Chỉ phù hợp với quy mô nhỏ (5 đến 15 ô tô), cơ cấu điều khiển chưa tự động.
2.1.4 Phương án bãi đỗ xe xoay vòng đứng Đây là phướng án bãi đỗ xe được được xây dựng theo kiểu dạng tháp để tận dụng tối đa không gian để xe trên 1 diện tích có sẵn Hệ thống này sử dụng nguyên lý xoay vòng để luân chuyển các vị trí đỗ xe, chỗ đỗ được di chuyển bởi cơ cấu nhông xích lớn.
Hình 2 4: Phương án bãi đỗ xe kiểu xoay vòng đứng
Lắp đặt thiết bị tại những không gian nhỏ mang lại nhiều ưu điểm, như phù hợp với nhiều loại địa hình, tiết kiệm diện tích, và dễ dàng trong việc bảo trì, bảo dưỡng cũng như di chuyển.
Hệ thống bãi đỗ xe tự động có nhược điểm là chỗ để xe nhỏ, chỉ đáp ứng từ 8-16 xe mỗi hệ thống Bên cạnh đó, chi phí lắp đặt hệ thống này cũng khá cao so với nhu cầu sử dụng thực tế tại Việt Nam.
2.1.5 Phương án bãi đỗ xe duy chuyển quanh tòa nhà
Phương án thiết kế này mang tính cổ điển, với một tòa nhà hình trụ nhiều tầng phục vụ cho việc di chuyển của xe Khách hàng có thể tự lái xe vào và ra vị trí đỗ, trong khi nhân viên sẽ phụ trách bán vé và ghi lại biển số xe.
Hình 2 5: Phương án bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà
- Ưu điểm: Giữ được nhiều xe, chi phí vận hành thấp, tiết kiệm diện tích.
- Nhược điểm: Ô nhiễm môi trường, tính an toàn, tự động không cao.
Lựa chọn giải pháp thiết kế
2.2.1 Lựa chọn kiểu dáng thiết kế
Sau khi phân tích, phương án bãi đỗ xe hình trụ tròn được lựa chọn vì tối ưu số lượng chỗ gửi xe trong diện tích nhất định, có tính thẩm mỹ cao, thời gian cấy và trả xe nhanh chóng, cùng với tính tự động và chất lượng xe đảm bảo Tuy nhiên, tôi quyết định thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe công cộng theo kiểu trụ tròn thay vì dạng tháp do một số lý do cụ thể.
- Có sức chứa xe lớn so với bãi đỗ xe dạng tháp nếu cùng diện tích xây dựng.
Hình 2 6: So sánh bãi đỗ xe dạng tháp với dạng trụ tròn
Bãi đỗ xe dạng trụ tròn có độ bền cao hơn so với dạng tháp, giúp chống lại động đất và các chấn động Cấu trúc này phân tán lực ra xung quanh, giảm thiểu tỷ lệ biến dạng khi được đặt dưới lòng đất.
Hình 2 7: So sánh kết cấu của bãi đỗ xe dạng tháp và trụ tròn
- Không gian bên trong tháp rộng giúp việc lấy xe dễ dàng hơn.
Hình 2 8: Không gian bãi lấy xe giữa bãi đỗ xe dạng tháp và trụ tròn
- Hình ảnh bãi xe rất chuyên nghiệp và bắt mắt, phù hợp với những thành phố hiện đại.
Hình 2 9: Hình ảnh bắt mắt của bãi đỗ xe hình trụ tròn
2.2.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động
Cơ cấu truyền động đai
Là cơ cấu truyền động nhờ lực ma sát giữa các mặt tiếp xúc của vật dẫn và vật bị dẫn
Hình 2 10: Cơ cấu truyền động đai
Hoạt động theo nguyên lý ma sát giữa dây đai và bánh đai, giúp bánh dẫn quay theo khi bánh dẫn quay Truyền động bằng dây đai là một trong những bộ truyền cơ khí sớm nhất và vẫn được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như máy in 3D, máy khâu, và hộp số vô cấp trong xe máy, ô tô.
Có thể truyền động giữa các trục xa nhau.
Hiệu suất truyền động tốt.
Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp.
Kết cấu vận hành đơn giản.
Không cần phải bôi trơn.
Khi vận hành nhiều thì dây đai có thể bị kéo dãn.
Có thể xuất hiện hiện tượng trượt đàn hồi giữa dây đai và pulley hoặc ròng rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi.
Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn.
Cơ cấu truyền động vít me-đai ốc trượt
Vít me – đai ốc là cơ cấu chuyển động biến đổi từ quay sang tịnh tiến Có hai loại truyền động vít me – đai ốc, bao gồm vít me – đai ốc trượt và vít me – đai ốc bi.
Hình 2 11: Truyền động vít me-đai ốc trượt Ưu điểm:
Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn.
Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn.
Thiết kế nhỏ gọn, gia công đơn giản.
Bánh răng bị mòn bởi ma sát theo thời gian.
Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính.
Cơ cấu truyền động xích
Bộ truyền xích chuyển động từ bánh xích chủ động sang bánh xích bị động thông qua sự ăn khớp giữa răng trên đĩa xích và các mắc xích Thiết bị này thường được sử dụng để truyền động từ các động cơ trong các ứng dụng như băng chuyền, băng tải, hộp giảm tốc, hoặc bộ truyền động trong xe máy.
Hình 2 12: Cơ cấu truyền động xích Ưu điểm:
Có thể làm việc khi quá tải đột ngột,
Hiệu suất làm việc cao, không có hiện tượng trượt.
Không đòi hỏi phải căng xích.
Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động và ồn.
Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích.
Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích.
Cơ cấu truyền động ray trượt
Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận máy như bàn máy, các cụm trục theo một quỹ đạo hình học cho trước.
Hình 2 13: Cơ cấu truyền độn ray trượt Ưu điểm:
Có tuổi thọ và độ chính xác cao.
Chuyển động thẳng mượt, ma sát thấp nên tốc độ khá nhannh.
Nhược điểm: Chi phí mua sản phẩm đắt.
Kết quả lựa chọn cho mô hình thiết kế bãi đỗ xe ô tô công cộng nhiều tầng là sử dụng cơ cấu chuyển động tịnh tiến với tay nâng di chuyển giữa các tầng Hệ thống này bao gồm chuyển động tịnh tiến để đưa xe ra vào vị trí gửi xe và chuyển động xoay để lấy xe Do đó, tôi quyết định chọn cơ cấu truyền động đai với động cơ 24VDC, các pulley, ròng rọc và dây đai curoa để tạo ra các chuyển động tuyến tính cho hệ thống.
Mô hình sử dụng cơ cấu chuyển động xoay tay để nâng các vị trí gửi xe trong tầng, vì vậy tôi quyết định chọn động cơ bước NEMA 23 kích thước 57, với 1.8 bước, nhằm nâng cao độ chính xác và độ tin cậy cho hệ thống.
Hình 2 14: Động cơ bước NEMA
Loại động cơ bước: 2 phase
Độ phân giải: 1.8 độ/ 1 bước
Mạch điều khiển động cơ bước
Chọn Driver TB6600 để điều khiển động cơ bước NEMA 23 size 57, 1.8 step.
Thông số kỹ thuật của mạch driver TB6600:
Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
Có tích hợp đo quá dòng, quá áp.
Mô hình sử dụng cơ cấu truyền động đai để điều khiển tay nâng chuyển động tịnh tiến, do đó việc sử dụng động cơ DC là cần thiết Tôi đã quyết định chọn động cơ một chiều có hộp số vuông JGY370 với tốc độ 160RPM để điều khiển hệ thống truyền động này.
Hình 2 16: Động cơ DC JGY370 160RPM
Điện áp sử dụng: 12VDC
Tốc độ quay không tải: 160rpm (vòng/phút)
Mô men: 2.2kg.cm Ưu điểm:
Động cơ có hộp giảm tốc nên sẽ kéo được tải lớn.
Tốc độ hoạt động thấp phù hợp với hệ thống để xe không bị rớt ra ngoài khi di chuyển.
Do cấu trúc bánh răng trục vít bên trong động cơ, khi không có nguồn điện, trục quay sẽ bị khóa, giúp dễ dàng điều khiển vị trí của tay nâng trong hệ thống.
Nhược điểm: Có hộp số nên tốc độ quay chậm.
Trong đề tài này em dùng cảm biến hồng ngoại E3F-DS10C4 xác định vị trí của tay nâng.
Hình 2 17: Cảm biến hồng ngoại E3F-DS10C4
Phát hiện vật cản từ 3-30cm.
Ngoài ra em còn dùng cảm biến
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại webcam với giá cả và chất lượng đa dạng Để chọn một webcam tầm trung với độ phân giải cao và chất lượng tốt, nhóm em đã lựa chọn webcam Logitech C270 720p Webcam này được sử dụng để chụp ảnh biển số xe và gửi hình ảnh qua máy tính thông qua cổng USB.
Tốc độ khung hình: 30fps
Tiêu cự: Lấy nét cố định.
Cổng kết nối với máy tính: Cổng USB.
Hỗ trợ hệ điều hành: Windows® 10, Windows 8, Windows 7, macOS 10.10, Chrome OS, Android™ v 5.0.
Tính năng: Hoạt động với Skype™ - Google Hangouts™ - FaceTime dành cho Mac.
Hệ thống bãi đỗ xe thông minh công cộng sử dụng thẻ RFID để quản lý xe ra vào Để đọc dữ liệu mã thẻ, tôi sẽ sử dụng module RFID MFRC522 NFC 13.56MHz kết nối với vi điều khiển Arduino Việc sử dụng Arduino là cần thiết vì module RFID MFRC522 chỉ hoạt động ở mức điện áp 3.3V và cần được kết nối với một vi điều khiển hoặc máy tính để xử lý mã thẻ.
Hình 2 19: Mạch RFID NFC 13.56Mhz RC522
Dòng điện tiêu thụ: 13-26mA.
Tần số hoạt động: 13.56MHz.
Giao thức truyền thông: SPI
Nhiệt độ hoạt động: -20 đến
Nhóm em sử dụng Arduino UNO R3 để đọc dữ liệu từ module RFID MFRC522 NFC 13.56MHz, vì module này sử dụng chuẩn truyền SPI, phù hợp với khả năng của Arduino Arduino UNO R3 là loại phổ biến nhất trên thị trường và có chi phí thấp.
Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3
Vi điều khiển Atmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Relay trung gian và công tắc hành trình
Trong mô hình này, tôi sử dụng công tắc hành trình 1A - 125 VAC để điều khiển hành trình lên xuống và vào ra của tay nâng, cùng với relay trung gian Omron 8 chân 24VDC để đảo chiều động cơ.
Hình 2 20: Công tắc hành trình và relay trung gian
PLC S7-1200 CPU 1212C/DC/DC/DC
Sử dụng PLC S7-1200 CPU 1212C/DC/DC/DC để điều khiển toàn bộ hệ thống.
Hình 2 21: PLC S7-1200 CPU 1212C/DC/DC/DC
Hãng sản xuất: Siemens AG.
Các ngõ vào ra: 8 ngõ vào Digital, 2 ngõ vào Analog 0 - 10VDC và 6 ngõ ra transistor.
2.3 Các cơ sở lý thuyết liên quan
2.3.1 Ngôn ngữ lập trình C# và NET Framework
C# là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng do Microsoft phát triển, dựa trên C++ và Java Nó được đánh giá là đơn giản, hiện đại và đa mục đích Ngoài ra, C# còn nổi bật với tính mạnh mẽ, bền bỉ và năng suất cao trong lập trình.
.NET Framework là nền tảng hỗ trợ ngôn ngữ NET như C# để phát triển các trang web động (ASP.NET) và ứng dụng cho Windows, Windows Phone Nền tảng này được tổ chức thành các namespace, nhóm các class có chức năng tương tự, chẳng hạn như System.Drawing cho đồ họa, System.Collections cho cấu trúc dữ liệu, và System.Windows.Forms cho hệ thống Windows Forms.
Các cơ sở lý thuyết liên quan
KHỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH (CẢM BIẾN + CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH + ĐỘNG CƠ + RELAY)
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM (MÁY TÍNH + PLC)
THIẾT KẾ
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Chọn chế độ tự động để hệ thống tự động đưa xe vào chỗ trống gần nhất khi quẹt thẻ Nếu chọn chế độ thủ công, người dùng cần chỉ định vị trí và chế độ gửi xe để hệ thống đưa xe vào vị trí mong muốn.
Chọn chế độ tự động để hệ thống tự động đưa xe ra vị trí OUT khi quẹt thẻ Nếu chọn chế độ thủ công, người dùng cần chỉ định vị trí và chế độ lấy xe, sau đó hệ thống sẽ thực hiện yêu cầu Lưu ý rằng mã thẻ sẽ bị xóa khỏi cơ sở dữ liệu sau khi xe được lấy ra.
Sau khi xác minh giấy tờ của khách hàng bị mất thẻ xe, nhân viên sẽ kiểm tra xem biển số xe có trong cơ sở dữ liệu hay không Nếu có, họ sẽ truy xuất vị trí đỗ xe và tiến hành trả xe bằng chế độ điều khiển thủ công.
SolidWorks là một phần mềm mạnh mẽ cho thiết kế chi tiết khối 3D và lắp ráp thành bộ phận máy hoàn chỉnh Ngoài ra, nó còn cung cấp các tính năng như phân tích động học, phân tích động lực học và thông tin về vật liệu.
Phần mềm tích hợp modul Solidcam, hỗ trợ gia công trên CNC với khả năng phay và tiện Solidcam Ngoài ra, người dùng còn có thể gia công nhiều trục trên Solidcam Modul 3Dquickmold được sử dụng để thiết kế khuôn hiệu quả.
Để thiết kế một mô hình trong phần mềm SolidWorks 2017, bạn cần tạo ra các chi tiết cấu thành mô hình đó Ví dụ, trong bài viết này, tôi đã thiết kế thanh nhôm định hình 20x20 trong môi trường Part.
Hình 2 27: Thiết kế thanh nhôm định hình 20x20 trên SolidWorks
Bạn cần lắp ráp các chi tiết trong môi trường Assembly để hoàn thiện mô hình Mô hình mà bạn thiết kế là bãi giữ xe ô tô thông minh công cộng với hình dạng trụ tròn.
Hình 2 28: Thiết kế mô hình bãi giữ xe ô tô thông minh
3.5 Thiết kế phần điện điều khiển
Thiết kế khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm bao gồm PLC – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC và máy tính giao tiếp với nhau qua cổng Enthernet.
Để xác định vị trí của tay nâng, tôi sử dụng 3 cảm biến hồng ngoại đặt ở mỗi tầng, cùng với 2 cảm biến quang tại ô IN và OUT để phát hiện sự hiện diện của xe Hệ thống còn bao gồm 4 công tắc hành trình nhằm giới hạn chuyển động lên xuống và ra vào của cơ cấu nâng hạ, cùng với 4 rơ le tương ứng với 2 động cơ DC để xử lý đảo chiều quay của động cơ Tổng cộng, hệ thống có 9 ngõ vào và 4 ngõ ra.
Hình 3 2: Kết nối máy tính với PLC
Thiết kế khối đọc thẻ RFID
Hệ thống bãi đỗ xe thông minh công cộng quản lý xe vào ra bằng thẻ RFID, vì vậy tôi sẽ sử dụng module RFID MFRC522 NFC 13.56MHz kết nối với vi điều khiển Arduino qua giao thức truyền thông SPI để lập trình đọc dữ liệu mã thẻ Việc sử dụng Arduino là cần thiết, vì module RFID MFRC522 chỉ hoạt động ở mức điện áp 3.3V và cần được kết nối với một vi điều khiển hoặc máy tính để xử lý mã thẻ.
Hình 3 3: Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 với mạch đọc thẻ RFID RC522
Thiết kế mạch đảo chiều động cơ
Mạch điều khiển đảo chiều dùng 2 rơ le được vẽ như hình bên dưới
Hình 2 29: Mạch đảo chiều dùng 2 relay trung gian
+ Mỗi công tắc được mắc nối tiếp với cuộn dây điều khiển relay.
+ Động cơ được nối với hai chân chung (COM) của 2 relay Thường đóng của 2 relay được nối với âm nguồn 12V và thường hở được nối với dương nguồn.
- Nguyên lý của mạch như sau:
Khi nhấn công tắc 1, relay 1 sẽ đóng, chuyển relay từ trạng thái thường mở sang thường đóng Dòng điện từ nguồn sẽ đi qua tiếp điểm RL1, động cơ, tiếp điểm RL2 và trở về nguồn âm, khiến động cơ quay theo một chiều nhất định.
Và Relay3 và Relay 4 cũng thực hiện tương tự như vậy
Thiết kế mạch đấu dây driver TB6600 với động cơ bước
Hình 2 30: Sơ đồ đấu dây Arduino với TB6600 điều khiển động cơ bước
+ Nguồn cấp từ 9 – 42V tùy theo điện áp định mức của động cơ
+ 2 cuộn dây động cơ ra 4 đầu dây kết nối tương ứng với các chân A+, A- và B+, B-
ENA+: 5V Arduino DIR-: Pin 9 Arduino
3.6.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Chế độ điều khiển bằng tay
Hình 3 4: Sơ đồ hoạt động hệ thống ở chế độ điều khiển bằng tay Ở chế độ điều khiển bằng tay, ta bấm ON và chọn chế độ điều khiển là
Khi sử dụng hệ thống gửi xe, đầu tiên bạn chọn chế độ gửi xe vào hoặc lấy xe ra Sau đó, hãy xác định vị trí mà bạn muốn gửi hoặc lấy xe, và hệ thống sẽ tự động thực hiện việc gửi xe vào bãi giữ xe hoặc lấy xe ra theo vị trí đã chọn.
Chế độ điều khiển tự động
Để sử dụng chế độ điều khiển tự động, người dùng chỉ cần bấm ON và chọn chế độ "Auto" Sau khi quẹt thẻ, hệ thống sẽ tự động hoạt động Nếu quẹt thẻ lần đầu, hệ thống sẽ kiểm tra mã thẻ và nhận diện biển số xe, sau đó lưu thông tin vào cơ sở dữ liệu (CSDL) và đưa xe vào vị trí trống gần nhất Ngược lại, nếu quẹt thẻ lần hai, hệ thống sẽ nhận diện mã thẻ đã có trong CSDL và thực hiện việc xóa thông tin xe ra khỏi CSDL, đồng thời điều khiển lấy xe ra.
3.6.2 Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí của xe
Hình 3 6: Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí gửi xe
Tối ưu vị trí gửi xe chỉ hoạt động trong chế độ điều khiển tự động Khi quẹt thẻ, hệ thống kiểm tra mã thẻ trong cơ sở dữ liệu (CSDL) Nếu mã thẻ đã có, hệ thống sẽ đọc vị trí tương ứng để điều khiển PLC lấy xe ra và xóa mã thẻ khỏi CSDL Nếu mã thẻ chưa có, hệ thống sẽ tìm vị trí trống đầu tiên để thêm mã thẻ Trong trường hợp CSDL đã đầy, hệ thống sẽ không tìm được vị trí trống và trả về giá trị NULL, đồng thời hiển thị thông báo rằng hệ thống đã đầy và kết thúc chu trình.
3.6.3 Sơ đồ giải thuật nhận dạng và xử lý biển số xe
1 Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# và tiến hành chụp hình Hình ảnh sẽ được thiết bị truyền máy tính và được lưu trữ trong chương trình C#.
2 Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình Bằng việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến hành xử lý và trả về biển số xe với kích thước ảnh 500x500 pixel.
3 Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh Vì biển số xe có màu nền trắng còn ký tự màu đen, nên khi lấy đường viền ta sẽ dễ dàng có các đường viền bao quanh những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo là cắt ký tự.
Lập trình điều khiển
3.6.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Chế độ điều khiển bằng tay
Hình 3 4: Sơ đồ hoạt động hệ thống ở chế độ điều khiển bằng tay Ở chế độ điều khiển bằng tay, ta bấm ON và chọn chế độ điều khiển là
Khi sử dụng hệ thống, đầu tiên bạn chọn chế độ gửi xe vào hoặc lấy xe ra Sau đó, hãy chọn vị trí mà bạn muốn gửi hoặc lấy xe Hệ thống sẽ tự động thực hiện việc gửi xe vào bãi giữ xe hoặc lấy xe ra theo vị trí đã chọn.
Chế độ điều khiển tự động
Để sử dụng chế độ điều khiển tự động, người dùng chỉ cần bấm ON và chọn chế độ "Auto" Sau khi quẹt thẻ, hệ thống sẽ tự động hoạt động Nếu quẹt thẻ lần đầu, hệ thống sẽ kiểm tra mã thẻ và nhận diện biển số xe, sau đó lưu thông tin vào cơ sở dữ liệu (CSDL) và đưa xe vào vị trí trống gần nhất Ngược lại, nếu quẹt thẻ lần hai, hệ thống sẽ nhận diện mã thẻ đã có trong CSDL và thực hiện việc xóa thông tin xe ra khỏi CSDL, đồng thời điều khiển lấy xe ra.
3.6.2 Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí của xe
Hình 3 6: Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí gửi xe
Tối ưu vị trí gửi xe chỉ hoạt động trong chế độ điều khiển tự động Khi quẹt thẻ, hệ thống kiểm tra mã thẻ trong cơ sở dữ liệu (CSDL) Nếu mã thẻ đã tồn tại, hệ thống sẽ đọc vị trí tương ứng để điều khiển PLC lấy xe ra và xóa mã thẻ khỏi CSDL Ngược lại, nếu mã thẻ chưa có, hệ thống sẽ tìm vị trí trống đầu tiên để thêm mã thẻ Trong trường hợp CSDL đã đầy, hệ thống sẽ không tìm được vị trí trống và trả về giá trị NULL, đồng thời hiển thị thông báo hệ thống đã đầy và kết thúc chu trình.
3.6.3 Sơ đồ giải thuật nhận dạng và xử lý biển số xe
1 Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# và tiến hành chụp hình Hình ảnh sẽ được thiết bị truyền máy tính và được lưu trữ trong chương trình C#.
2 Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình Bằng việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến hành xử lý và trả về biển số xe với kích thước ảnh 500x500 pixel.
3 Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh Vì biển số xe có màu nền trắng còn ký tự màu đen, nên khi lấy đường viền ta sẽ dễ dàng có các đường viền bao quanh những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo là cắt ký tự.
4 Như bước ở trên ta đã có các đường viền xung quanh các ký tự, từ các đường viền này ta cắt riêng lẻ từng ký tự của biển số xe Thường các biển số xe hiện tại thường có hoặc 8 ký tự.
5 Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng ký tự có sẵn trong EmguCV Từ đó ta sẽ có được các ký tự được chuyển từ dạng tương tự (hình ảnh) sang dạng số (mã ASCII).
Hình 3 7: Giải thuật nhận diện biển số xe
6 Mặc dù đã nhận dạng được các ký tự, nhưng lúc này thứ tự của chúng vẫn rất lộn xộn Do đó bước cuối cùng là sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắt của các ký tự ở bước 4 Và cuối cùng ta có được kết quả là các chữ số và chữ cái chính xác, cũng như sắp xếp hợp lý như biển số đã chụp.
3.6.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển PLC
PLC được lập trình thực hiện tuần tự các chuỗi công việc Ứng mỗi trạng thái State, ta thực hiện viết riêng khối FB hoặc FC để điều khiển.
Hình 3 8: Giải thuật sơ đồ điều khiển PLC
Toàn bộ chương trình điều khiển được chia thành các khối FC và FB, mỗi khối đảm nhận một nhiệm vụ cụ thể Các khối này được quản lý chung bởi những khối OB.
State 0 lập trình này rất phù hợp cho những bài toán phức tạp, nhiều nhiệm vụ và lại rất thuận lợi cho việc sửa chữa sau này [1] Quan hệ giữa các khối FC, FB và OB được trình bày ở hình dưới.
Hình 3 9: Sơ đồ mối quan hệ giữa FB, FC và OB1
Khối State 0: Chọn chế độ Auto hoặc chế độ Hand
Input: Chế độ auto, chế độ hand.
Khi nhấn nút “Auto” thì cho phép hoạt động State 2 và State 3.
Khi nhấn nút “Hand” thì cho phép hoạt động State 1.
Khối State 1: Chọn chế độ gửi xe hoặc chế độ lấy xe
Input: Chế độ gửi xe, chế độ lấy xe.
Khi nhấn nút “Gửi xe” thì cho phép hoạt động State 2
Khi nhấn nút “Lấy xe” thì cho phép hoạt động State 3
Khi state=2, chương trình nhảy vào thực hiện khối State 2
Khối State 2: Chọn vị trí để gửi xe
Chọn vị trí gửi xe Góc quay
Input: Chọn vị trí cất xe
Output: State = 4, góc quay, tầng.
Hình 3 13: Sơ đồ các vị trí trong mô hình 3.6.5 Thiết kế giao diện giám sát trên WINCC
3.6.6 Thiết kế giao diện giám sát Webserver