THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH

Hiện nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu của con người về sự thuận lợi trong cuộc sống ngày càng tăng, ngày mật độ dân cư và xe cộ càng ngày càng đông. Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng xe, điều này cũng phản ánh sự phát triển của một quốc gia nhưng cũng hướng dẫn những vấn đề như môi trường, tắc nghẽn giao thông, thiếu bãi đậu xe, cần được giải quyết thiết bị cấp. Việt Nam là một nước có hệ thống bảo mật, tự động trong các hệ thống quản lí còn thô sơ trong khi đó các nước phát triển đã tiến hành tự động hóa nhằm giảm lực lượng lao động, tăng hiệu quả công việc một cách tối đa. Điển hình là trong một hình thức giữ xe truyền thống, theo phương thức cũ người dân phải bỏ ra nhiều công sức, nhân công lao động để điều hành một hệ thống giữ xe, điều này dẫn đến việc bỏ ra nhiều chi phí cho nhân công và quản lí. Trong khi xã hội ngày càng tiến bộ, kỹ thuật ngày càng tiên tiến hơn, thì nhu cầu đòi hỏi về những thiết bị ứng dụng thông minh, tự động càng nhiều hơn. Và với mong muốn ứng dụng công nghệ RFID vào việc bảo mật và các cảm biến để thực hiện các tác vụ một cách tự động, tiết kiệm sức lao động và đạt được hiệu quả cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HƯNG YÊN – 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TINCHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

HƯNG YÊN – 2023

………

Ký và ghi họ tên Nhận xét của giảng viên đánh giá quá trình thứ 2:

………

Ký và ghi họ tên Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:

………

Ký và ghi họ tên

minh” là công trình nghiên cứu của bản thân Những nội dung sử dụng trong

đồ án không sao chép của bất cứ tài liệu nào Những nội dung trích dẫn được thực hiện đúng theo quy định về vi phạm bản quyền Các kết quả trình bày trong đồ án hoàn toàn là kết quả do bản thân tôi thực hiện, nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Khoa và nhà Trường.

Hưng Yên, ngày … tháng … năm…

Sinh viên

………

nghệ thông tin và Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã tận tình truyền đạtnhững kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quátrình học tập để em có được những kiến thức như ngày hôm nay và từ những kiến thứcnền tảng đó đã giúp em rất nhiều quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo TS Chu Bá Thành

trong mấy tháng vừa qua đã hết lòng giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em học tập, nghiêncứu cũng như hướng dẫn và tận tình chỉ bảo để giúp em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Do bị hạn chế về mặt thời gian,kiến thức và kinh nghiệm bản thân khó có thể tránh khỏi những thiếu sót, Em kính mong sẽ nhận được những ý kiến nhận xét, góp ý,nhận xét của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn cũng như giúp ích cho em trong những công việc sau này

Hưng Yên, Ngày 2 Tháng 6 Năm 2023

Sinh viên

Vũ Huy Hùng

Từ viết tắt Từ đầy đủ Giải thích

bộ

bằng sóng vô tuyến

bộ/không đồng bộ

tiếp

SCK

Bảng 2.2: Bảng thông số kĩ thuật MFRC 522 3

Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật LCD 16x2 4

Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật Module I2C 6

Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật Module cảm biến hồng ngoại 7

Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật module cảm biến ánh sáng 8

Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật module cảm biến lửa 9

Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật buzzer 9

Bảng 2.9: Thông số kĩ thuật module Relay 5V một kênh 10

Bảng 2.10: Thông số kĩ thuật động cơ Servo SG90 10

Bảng 3.1: Sơ đồ kết nối chân MFRC522 với Arduino 25

Bảng 3.2: Dòng và áp của các linh kiện được sử dụng trong hệ thống 27

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1

1.3 PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

1.4 PHẠM VI SỬ DỤNG 3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 4

2.1.1 Vi điều khiển 4

2.1.2 Công nghệ RFID và Module MFRC522 5

2.1.3 Giới thiệu LCD 16x2 6

2.1.4 Module I2C 8

2.1.5 Module cảm biến 9

2.1.5.1 Module cảm biến hồng ngoại 9

2.1.5.2 Module cảm biến ánh sáng 10

2.1.5.3 Module cảm biến lửa 10

2.1.6 Buzzer 11

2.1.7 Module Relay 5V 11

2.1.8 Động cơ Servo SG90 12

2.2 PHẦN MỀM ARDUINO IDE 13

2.3 PHẦN MỀM MICROSOFT EXCEL VÀ CÔNG CỤ PARALLAX DATA ACQUISLTION (PLX-DAQ) 20

2.3.1.Phần mềm Microsoft Excel 20

2.3.2.Công cụ Parallax Data Acquisltion 21

2.4 PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ ALTIUM DESIGNER 22

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 24

3.1.YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 24

3.1.1.Yêu cầu của hệ thống 24

3.2.1.Khối cảm biến: 25

3.2.1.1 Cảm biến lửa: 25

3.2.1.2 Cảm biến ánh sáng 25

3.2.1.3 Cảm biến vật cản 26

3.2.2 Khối chấp hành: 26

3.2.2.1 Động cơ Servo SG-90 26

3.2.2.2 Module Relay 5V một kênh 27

3.2.2.3 Buzzer 28

3.2.3.Khối hiển thị: LCD_I2C 28

3.2.4.Khối Reader 29

3.2.5.Khối xử lý trung tâm: 31

3.2.6 Khối nguồn 33

3.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HỆ THỐNG 34

3.4 THI CÔNG 36

Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 37

4.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 37

4.2 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 40

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41

5.1 KẾT LUẬN 41

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Hình 2.2: Kí hiệu Ardunio UNO R3 SMD 4

Hình 2.3: Sơ đồ chân Arduino UNO R3 SMD 4

Hình 2.4: Hình thực tế Module RFID RC522 5

Hình 2.5: Kí hiệu MFRC522 5

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế LCD 16x2 6

Hình 2.7: Kí hiệu LCD 16x2 6

Hình 2.8: Sơ đồ điều khiển LCD 16x2 7

Hình 2.9: Hình thực tế module I2C 8

Hình 2.10: Sơ đồ các chân I2C 8

Hình 2.11: Kí hiệu I2C 8

Hình 2.12: Hình thực tế module cảm biến hồng ngoại 9

Hình 2.13: Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại 9

Hình 2.14: Kí hiệu module cảm biến hồng ngoại 9

Hình 2.15: Hình thực tế module cảm biến ánh sáng 10

Hình 2.16: Sơ đồ các chân module cảm biến ánh sáng 10

Hình 2.17: Kí hiệu module cảm biến ánh sáng 10

Hình 2.18: Hình thực tế module cảm biến lửa 10

Hình 2.19: Sơ đồ các chân module cảm biến lửa 10

Hình 2.20: Kí hiệu module cảm biến lửa 10

Hình 2.21: Hình thực tế buzzer 11

Hình 2.22: Sơ đồ các chân buzzer 11

Hình 2.23: Kí hiệu buzzer 11

Hình 2.24: Hình thực tế module relay 5V một kênh 11

Hình 2.25: Sơ đồ các chân module relay 5V một kênh 11

Hình 2.26: Kí hiệu module relay 5V một kênh 11

Hình 2.27: Hình thực tế động cơ Servo SG90 12

Hình 2.28: Sơ đồ các chân động cơ Servo SG90 12

Hình 2.29: Kí hiệu động cơ Servo SG90 12

Hình 2.30: Giao diện lập trình Arduino IDE 14

Hình 2.31: Vùng lập trình code Arduino 14

Hình 2.32: Thêm thư viện cho phần mềm IDE 14

Hình 2.33: Lưu file đã lập trình 15

Hình 2.34: Kiểm tra lỗi 15

Hình 2.35: Kiểm tra lỗi bằng cách ấn trực tiếp 16

Hình 2.36: Kết nối arduino với máy tính 16

Hình 2.37: Ở đây arduino được kết nối với com 3 17

Hình 2.38: Chọn đúng cổng kết nối với Arduino 17

Hình 2.39: Nạp code cho chương trình 18

Hình 2.40: Nạp code thành công 19

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 24

Hình 3.2: Kết nối cảm biến lửa với Arduino Uno 25

Hình 3.3: Kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino Uno 26

Hình 3.4: Kết nối cảm biến hồng ngoại (vật cản) với Arduino Uno 26

Hình 3.5: Kết nối động cơ Servo SG-9G với Arduino Uno 27

Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật chương trình chính 34

Hình 3.12: Lưu đồ giải thuật chương trình con cảm biến 35

Hình 3.13: Lưu đồ chương trình con RFID 36

Hình 3.14 : Mạch in của hệ thống 36

Hình 4.1: Hình ảnh tổng quát của mô hình 37

Hình 4.2: Trạng thái LCD và thanh barie lúc khởi tạo ở cổng vào 44

Hình 4.3: Trạng thái LCD và thanh barie lúc khởi tạo ở cổng ra 44

Hình 4.4: Trạng thái LCD và thanh barie khi quét ID thẻ đúng ở cổng vào 44

Hình 4.5: Trạng thái LCD và thanh barie khi quét ID thẻ sai ở cổng vào 44

Hình 4.6: Vị trí số 1 đã có xe đỗ 45

Hình 4.7: LCD hiển thị vị trí đã có xe “X” và vị trí xe còn trống “V” 45

Hình 4.8: Trạng thái LCD và thanh barie khi quét ID thẻ đúng ở cổng ra 46

Hình 4.9: Trạng thái LCD và thanh barie khi quét ID thẻ đúng ở cổng ra 46

Hình 4.10: Bảng thiết lập kết nối giữa bộ xử lí trung tâm và file Excel trên máy tính 48

Hình 4.11: Giao diện hiển thị trên file Excel 48

Hình 4.12: Bật đèn khi trời tối 49

Hình 4.13: Hệ thống khi phát hiện có cháy 50

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Việt Nam là một nước có hệ thống bảo mật, tự động trong các hệ thống quản

lí còn thô sơ trong khi đó các nước phát triển đã tiến hành tự động hóa nhằm giảmlực lượng lao động, tăng hiệu quả công việc một cách tối đa Điển hình là trong mộthình thức giữ xe truyền thống, theo phương thức cũ người dân phải bỏ ra nhiềucông sức, nhân công lao động để điều hành một hệ thống giữ xe, điều này dẫn đếnviệc bỏ ra nhiều chi phí cho nhân công và quản lí Trong khi xã hội ngày càng tiến

bộ, kỹ thuật ngày càng tiên tiến hơn, thì nhu cầu đòi hỏi về những thiết bị ứng dụngthông minh, tự động càng nhiều hơn Và với mong muốn ứng dụng công nghệ RFIDvào việc bảo mật và các cảm biến để thực hiện các tác vụ một cách tự động, tiết

kiệm sức lao động và đạt được hiệu quả cao, em đã chọn đề tài: “Thiết kế mô hình

bãi giữ xe tự động” để thực hiện.

1.1.1 Hiện trạng về đề tài hiện nay

 Tình hình 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 nhiều các bãi xe tự phát với mục đích là thu lợi nhuận từ tiền gửi xe của người dân nhưng không đảm bảo về an ninh, chất lượng quản lý và đặc biệt là lấy giá vé gửi xe rất cao, khiến cho rất nhiều bộ phận người dân bức xúc

Vì thế có thể thấy nhu cầu về bãi xe thông minh và an toàn ở thời điểm hiện tại là cực kỳ lớn

 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ngày nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới như Hàn Quốc, Nhật Bản, Australia,… gần như hoàn toàn 100% ở những thành phố lớn và chật hẹp, người ta đã xây dựng

hệ thống bãi giữ xe tự động được 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 tăng xấp 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 lĩnh vực Việc ứng dụng công nghệ mới đã góp phần phát triển kinh tế, đất nước và bảo vệ môi trường rất nhiều Nạn kẹt xe hay thiếu chỗ để xe và vấn đề về an ninh, bảo mật, sự không hài lòng của các hành khách ở bãi xe về chất lượng quản lý đã không còn nữa vì cácbãi xe theo kiểu truyển thống đã không còn quá nhiều và dần biến mất

 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 và thậm chí là đã lên đến đỉnh điểm Nắm bắt được điểm yếu đó trên thị trường nên nhiều công ty về công nghệ đã không ngừng phát triển các hệ thống bãi

xe thông minh nhằm đáp ứng nhu cầu của 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 việc quản lý và cũng không ít trường hợp nhân viên giữ xe bị gây khó dễ, việc thất thoát tài chính là điều không tránh khỏi, rồi ở một số nới việc ghi phấn lên xe khiến nhiều người khó chịu, còn nếu ghi vé xe bằng giấy thì một số trường hợp bị ướt sẽ rất khó xử lý,… gây lãng phí và ô nhiễm môi trường 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 vào để cải thiện tính hiệu quả và linh hoạt trong các hệ thống hiện có

1.2 Mục tiêu của đề tài

Hiện nay tình trạng bãi giữ xe dần trở nên là một vấn đề nan giải ở các thànhphố lớn trong nước ta vào các dịp lễ Tết và cũng như là ngày thường Trong khi đó,cũng xuất hiện thêm rất nhiều các bãi xe tự phát với mục đích là thu lợi nhuận từtiền gửi xe của người dân nhưng không đảm bảo về an ninh, chất lượng quản lý vàđặc biệt là lấy giá vé gửi xe rất cao, khiến cho rất nhiều bộ phận người dân bức xúc

Vì thế có thể thấy nhu cầu về bãi xe thông minh và an toàn ở thời điểm hiện tại làcực kỳ lớn Nắm bắt được điểm yếu đó trên thị trường nên nhiều công ty về côngnghệ đã không ngừng phát triển các hệ thống bãi xe thông minh nhằm đáp ứng nhucầu của người dân cũng như là thu về lợi nhuận rất khủng Như ở các bãi xe truyềnthống trước đó, bộ phận quản lý gặp rất nhiều khó khăn trong công việc quản lý vàcũng không ít trường hợp nhân viên giữ xe bị gây khó dễ, việc thất thoát tài chính làđiều không tránh khỏi, rồi ở một số nới việc ghi phấn lên xe khiến nhiều người khóchịu, còn nếu ghi vé xe bằng giấy thì một số trường hợp bị ướt sẽ rất khó xử lý,…gây lãng phí và ô nhiễm môi trường Để khắc phục những vấn đề đó thì đề tài nàyphần nào góp phần giải quyết được nhu cầu về bãi xe, tích hợp được công nghệRFID vào để cải thiện tính hiệu quả và linh hoạt trong các hệ thống hiện có

Nghiên cứu và thiết kế mô hình bãi đỗ xe thông minh và kiểm tra tính ứngdụng của đề tài

1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài

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

1.4 Nội dung thực hiện

Nội dung thực hiện cụ thể như sau:

- 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, 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

- Làm mô hình

1.5 Phương pháp tiếp cận

- 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

- Quan sát: khảo sát một số bãi xe thông minh hiện hành để đưa ra phương án thiết

kế sau này cách tốt nhất

- Tối ưu hóa kiến thức đã học sử dụng các module đã được học và tìm hiểu

- Từ những ý tưởng và kiến thức cá nhân, kết hợp với sự hướng dẫn của giảng viên hoàn thiện mô hình đồ án một cách tối ưu nhất

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.1.1 Vi điều khiển

 Giới thiệu về Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý dùng đê lập trình xây dựng các ứng dụngtương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Ưu điềm của Arduino

là ngôn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), cấp ngoại vi trên bo mạch đêu đã đượcchuẩn hóa, nên không cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng có thể lập trình được.Phân cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lýAVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những model hiện tại được trang bịgồm 1 công giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tươngthích vởi nhiêu board mở rộng khác nhau

 Nguồn sử dụng: Arduino có thể được cấp nguồn thông qua cổng USB hoặccấp nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm, cũng có thể sử dụng 2 chân Vin vàGND để cấp nguồn cho Arduino

 Chức năng các chân:

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

và 3.3V

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

2.1.2 Công nghệ RFID và Module MFRC522

 Giới thiệu công nghệ RFID

Công nghệ RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng băng sóng vô tuyến Côngnghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio,

từ đó có thể giám sát, quan lý từng đối tượng

Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bời hai thành phân chính làthiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip Thiết bị đọc được gắnanten để thu - phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cản nhậndạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau

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

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 gốchàng hóa, vận chuyển hàng hóa, cửa bảo mật, bãi giữ xe

các hệ thống kiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiểm kê kho hàng, kiểm soátđường đi của hàng hóa

 SHF: 2.45 GHz: (super high frequencies): ứng dụng nhiều trong các hệ thốngkiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiếm soát lưu thông hàng…

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

Vi Điều Khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác Nó có khảnăng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vàomạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệthống và giá thành rẻ

 Cách điều khiển LCD:

Hình 2.8: Sơ đồ điều khiển LCD 16x2

 Nhìn vào dạng sóng ta có thể thấy được trình tự điều khiển như sau:

 Điều khiển tín hiệu RS

 Điều khiến tín hiệu R/W xuống mức thấp

 Điêu khiên tín hiệu E lên mức cao đê cho phép

 Xuất dữ liệu D7 - DO

 Điều khiển tín hiệu E về mức thấp

 Điều khiến tín hiệu R/W lên mức cao trở lại

 Chức năng các chân:

 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 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

 Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Wrìte) Nối chân R/W vớilogic “0” đề LCD hoạt động ớ chế độ ghi, hoặc nối với logic “1 ” để LCD ờ chế độđọc

 Chân 6: E Là chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên busDB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép cua chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ dược LCD chuyên vào (chấp nhận) thanh

ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chânE

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh

lên (low-to-high transition) ờ chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân Exuống mức thấp

 Chân 7 - 14: DBO - DB7 tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đôi thôngtin 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 bitDB7

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

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu: một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) vàmột đường tín hiệu (SDA) SCL và SDA luôn được kéo lên nguồn bằng một điệntrở 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

 Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiếtkiệm 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.

 Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn

 A0, A1, A2 để thay đối địa chỉ của module

 Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

2.1.5 Module cảm biến

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật

lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thuthập thông tin về trạng thái hay quá trình đó

2.1.5.1 Module cảm biến hồng ngoại

Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật Module cảm biến hồng ngoại

Khi phát hiện vật cản, tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanhsáng Có thể điều chỉnh được khoảng cách bằng biến trở Chỉnh chiết áp để tăngkhoảng cách theo chiều kim đồng hồ, và ngược lại để giảm khoảng cách

 Chức năng các chân

 Chân VCC: chân cấp nguồn

 Chân GND: chân nối mass

 Chân OUT: chân tín hiệu ngõ ra (mức ‘0’ có vật cản, mức ‘1’ không có vậtcản)

Có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng phát hiện bằng biến trở gắn trên cảm biến

 Chức năng các chân

 Chân VCC: kết nối nguồn 3.3V ~ 5.3V

 Chân GND: nối Mass

 Chân DO: ngõ ra tín hiệu Digital

 Chân AO: ngõ ra tín hiệu Analog

2.1.5.3 Module cảm biến lửa

Hình 2.18: Hình thực tế Hình 2.19: Sơ đồ các chân Hình 2.20: Kí hiệu

module cảm biến lửa module cảm biến lửa module cảm biến lửa

 Chân VCC:  Kết nối nguồn 3.3V ~ 5.3V

 Chân GND:  Nối mass chung

 Chân AO: Analog output

 Chân DO: Digital output

 VCC, GND là nguồn cung cấp cho Relay.

 In là chân tín hiệu điều khiển

2.1.8 Động cơ Servo SG90

Hình 2.27: Hình thực

tế động cơ Servo SG90 Hình 2.28: Sơ đồ các chânđộng cơ Servo SG90 Hình 2.29: Kí hiệu độngcơ Servo SG90

 Kết nối dây màu đỏ (VCC) với 5V.

 Dây màu nâu (GND) với mass

 Dây màu cam (PWM) với chân phát xung của vi điều khiển

Một chương trình viết bởi Arduino IDE được gọi là sketch, sketch được lưu dướiđịnh 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++ Arduino IDE đi kèm với

một thư viện phần mềm được gọi là " Wiring’’ Người sử dụng chì cần định nghĩa

hai hàm để thực hiện một chương trình:

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.

Hình 2.31: Vùng lập trình code Arduino

Thêm 2 thư viện cho RFID MFRC522 và Module I2C như hình dưới đây:

Hình 2.32: Thêm thư viện cho phần mềm IDE

Sau khi gõ xong code chúng ta tiến hành lưu file và kiểm tra lỗi.

Hình 2.33: Lưu file đã lập trình lại

Có 3 cách kiểm tra lỗi:

 Cách 1: nhấn Ctrl + R

 Cách 2: vào Sketch chọn Verify/Compile

Hình 2.34: Kiểm tra lỗi

 Cách 3: nhấn trực tiếp.

Hình 2.35: Kiểm tra lỗi bằng cách ấn trực tiếp

Sau khi kiểm tra lỗi, ta tiến hành nạp chương trình vào kit

Bước 1: Kết nối arduino uno r3 với máy tính

Hình 2.36: Kết nối arduino với máy tính bằng cáp qua cổng usb

Bước 2: Tìm cổng kết nối của Arduino Uno R3 với máy tính

Mở cửa sổ Device Manager lên để tìm cổng COM kết nối với arduino uno r3.

Mở mục Ports (COM & LPT), bạn sẽ thấy cổng COM Arduino Uno R3 đang kếtnối

Hình 2.37: Ở đây arduino uno r3 được kết nối với COM3

Bước 3: Nạp chương trình cho arduino uno r3

Hình 2.38: Chọn đúng cổng kết nối với Arduino

Có 3 cách để nạp chương trình vào kit:

 Cách 1: nhấn Ctrl + U

 Cách 2: vào Sketch chọn Upload

 Cách 3: nhấn trực tiếp

Hình 2.39: Nạp code cho chương trình

Khi nạp code thành công chương trình sẽ báo “Done uploading”

Hình 2.40: Nạp code thành công.

2.3 PHẦN MỀM MICROSOFT EXCEL VÀ CÔNG CỤ PARALLAX DATA

ACQUISLTION (PLX-DAQ)

2.3.1 Phần mềm Microsoft Excel

Microsoft Excel là một ứng dụng bảng tính thuộc bộ Microsoft Office, côngdụng chính của nó là giúp người dùng tính toán nhanh và chính xác với số lượng dữliệu lớn Excel là một tập hợp các hàng và cột được kết hợp với nhau tạo ra mộtbảng tính lớn Các hàng thường được ký hiệu lần lượt bằng các chữ cái như: A, B,

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

Cấu trúc của Excel:

 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 biểumẫu, phân tích dữ liệu…

 Sổ tay – Workbook: một Workbook thường có từ 1 – 255 sheet riêng biệt.Workbook thường được sử dụng để tập hợp những loại bảng tính, đồ thị… có sựliên hệ với nhau Excel không giới hạn số lượng Workbook nhưng việc mở đượcbao nhiêu Workbook sẽ tùy thuộc vào bộ nhớ máy tính

 Cột – Column: Cột là tập hợp của các ô tính theo chiều dọc Độ rộng mặcđịnh của mỗi cột  là 9 ký tự (có thể thay đổi trị số này từ 0 – 255 ký tự) Một bảngtính Excel có tới 256 cột, mỗi cột được gán một chữ cái khác nhau như: A, B, C, E,

F, G, H…

 Dòng – Row: Dòng là tập hợp của các ô tính theo chiều ngang Chiều caomặc định của dòng là là 12.75 chấm điểm (có thể thay đổi trị số này từ 0 – 409).Một bảng tính Excel có ít nhất 16384 dòng, mỗi dòng được gán một chữ số như: 1,

2.3.2 Công cụ Parallax Data Acquisltion

PLX-DAQ là một công cụ bổ trợ thu thập dữ liệu vi điều khiển Parallax dànhcho Microsoft Excel Bất kỳ bộ vi điều khiển nào của chúng tôi được kết nối với bất

kỳ cảm biến nào và cổng nối tiếp của PC hiện có thể gửi dữ liệu trực tiếp vào Excel.Phần mềm bổ trợ thu thập tới 26 kênh dữ liệu từ bất kỳ bộ vi điều khiển thị sai nào

và đưa các số vào cột khi chúng đến PLX-DAQ cung cấp khả năng phân tích bảngtính dễ dàng đối với dữ liệu được thu thập tại hiện trường, phân tích các cảm biếntrong 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 MicrosoftExcel

 Ghi lên đến 26 cột dữ liệu

 Đánh dấu dữ liệu bằng thời gian thực (hh: mm: ss) hoặc giây kể từ khi đặtlại

 Đọc / Ghi bất kỳ ô nào trên trang tính

 Đọc / Đặt bất kỳ trong 4 hộp kiểm trên điều khiển giao diện

 Tốc độ truyền lên đến 128K Hỗ trợ Com1-15 yêu cầu hệ thống

Ở trang tính Excel với PLX-DAQ đã được kích hoạt, cửa sổ Data Acquisationfor Excel như hình dưới đây sẽ xuất hiện:

Hình 2.31: Giao diện kết nối giữa Arduino và Excel

Cần thực hiện lựa chọn cổng giao tiếp (Port) và tốc độ truyền (Baud) tương ứngvới kết nối của arduino, sau đó kết nối (Connect) để PLX-DAQ bắt đầu thực hiệnviệc nhận dữ liệu

Khi hoàn tất, dữ liệu sẽ được cập nhật vào các Cell tương ứng do Arduino địnhtrước trong Sheet đầu tiên của file Excel Việc hiển thị dữ liệu này lên các dạng đồthị hoặc sơ đồ là khá đơn giản, tùy theo ý đồ và trình Excel của người sử dụng

2.4 PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ ALTIUM DESIGNER

Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết kế mạchđiện tử Nó là một phần mềm mạnh với nhiều tính năng thú vị, tuy nhiên phầnmềmnày còn được ít người biết đến so với các phần mềm thiết kế mạch khác như orcadhay protel Một số tính năng nổi bật của altium designer như:

-Cho phép quản lý thành các project riêng hoặc thành các workspace

-Hỗ trợ thư viện khổng lồ, với nhiều loại IC,linh kiện mới cập nhật

-Cho phép mô phỏng các mạch điện tử , đặc biêt là đối với các mạch analoghoặccác mạch lọc, tạo tần số ,xung thì việc mô phỏng ngay trên phần mềm giúp chongười sử dụng tiết kiệm được nhiều thời gian và tiền bạc trước khi làm mạch thửnghiệm

-Thiết kế mạch in với cấc tính năng cài đặt kích thước dây, cách thức đi dây, hỗtrợthư viện, tự động kiểm tra lỗi

-Việc tiến hành mạch in có thể được thực hiện thông qua chế độ tự động

Các bước thực hiện thiết kế mạch và việc thiết kế mạch điện tử trên phần mềmaltium designer có thể được tóm tắt gồm các bước như sau:

-Đặt ra các yêu cầu bài toán

-Lựa chọn linh kiện

-Thiết kế mạch nguyên lý

-Lựa chọn các chân linh kiện để chuyển sang mạch in

-Update mạch nguyên lý sang mạch in

-Lựa chọn kích thước mạch in

-Sắp sếp các vị trí các loại linh kiện như điện trở , tụ điện ,ic Đặt kích thước cácloại dây nối

 Qua quá trình học tập và làm quen với phần mềm qua môn tin học ứng dụng

em đã quyết định sử dụng phần mềm Altium Designer để thực hiện vẽ mạchnguyên lí và làm mạch in cho bài đồ án của mình

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1 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

 Chức năng từng khối:

 Khối xử lý trung tâm: Truyền dữ liệu để cập nhật cơ sở dữ liệu hiển thị

lên LCD, đồng thời truyền dữ liệu đến khối chấp hành và nhận tín hiệu từ khối cảmbiến và đầu đọc reader, gửi dữ liệu lên máy tính

 Khối hiển thị: Nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị ra LCD lời

 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, các khối như

khối hiển thị và khối chấp hành thực sẽ đợi tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, khốicảm biến thực hiện việc thu thập thông tin

 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

 Bước 3: Tín hiệu từ khối cảm biến và reader (MFRC522, cảm biến hồng

ngoại, ánh sáng, lửa) truyền tới khối xử lý trung tâm để xử lí, truyền dữ liệu đếnmáy tính và đưa ra yêu cầu thực thi cho khối chấp hành thực hiện

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)

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

E18-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 GND:  mass chung

 Chân DO: kết nối với chân OUT1, OUT2.OUT3,OUT4 tương ứng với A0,A1, A2, A3 của Arduino UNO R3 (U1)

 Mô tả hoạt động: Khi có vật cản tín hiệu chân DO ở mức thấp (0V), đèn led trên module sáng, khi không có tín hiệu chân DO ở mức cao (5V), đèn led tắt

3.2.2 Khối chấp hành:

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

độ phản ứng nhanh, được tích hợp sẵn driver điều khiển động cơ, dễ dàng điềukhiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM