Luận văn máy nhả thẻ cho bãi xe tự động

Hình 0.1: Hệ thống giữ xe bán tự động Hiện nay xu hướng tự động hóa đang chiếm một vị trí rất quan trọng và nó là mục tiêu cuối cùng của các sản phẩm công nghệ tiên tiến.. Hiện nay thẻ

LỜI CẢM ƠN



Đầu tiên em xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn bộ Thầy, Cô và các đoàn thể của trường Đại Học Công Nghệ Sài Gòn Em gửi lời cám ơn đến khoa Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện cho em được nhận đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của Thầy Cô, bạn bè Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Điện-Điện Tử - trường Đại Học Công Nghệ Sài Gòn và đặc biệt Thầy Đinh Đỗ Quang đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường và trong đề án Luận Văn Tốt Nghiệp này Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Em rất mong nhận được những góp ý, bổ sung của Thầy, Cô và bạn bè để đồ

án của em được hoàn thiện hơn Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Thiết kế “Máy Nhả Thẻ Ứng Dụng Trong Bãi Giữ Xe Tự Động”, để phục vụ trong quá trình xử lý việc nạp thông tin khách hàng gửi xe và phát thẻ cho khách hàng Máy có khả năng xử lý nhanh, tránh tình trạng ùn tắc Tự động sửa lỗi phát sinh trong quá trình vận hành

Nội dung đề tài bao gồm 4 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN

CHƯƠNG 4: KẾT QU V PHƯƠNG HƯỚNG PH T TRIỂN

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của luận văn tốt nghiệp 2

1.3 Phạm vi của luận văn tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống giữ xe bán tự động 4

2.2 Về hệ thống điều khiển 5

2.3 Tổng quan về Arduino 6

2.4 Sơ lược về ngôn ngữ lập trình 8

2.5 Về động cơ giảm tốc và module điều khiển 8

2.6 Các thành phần cơ khí có liên quan 10

2.6.1 Vitme và đai ốc 10

2.6.2 Bully và dây Curoa 11

2.6.3 Công tắc, đèn 11

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 13

3.1 Nội dung nghiên cứu 13

3.1.1 Sơ đồ khối 13

3.1.2 Thiết kế phần cứng của máy nhả thẻ 13

3.1.3 Thiết kế phần mạch điện 17

3.1.4 Thiết kế phần mềm 24

CHƯƠNG 4 KẾT QU V PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29

4.1 Sản phẩm của đề tài 29

4.1.1 Kết quả đạt được so với đề cương đã đề ra 29

4.1.2 Kết quả chưa đạt được 30

4.1.3 Kết quả thêm ngoài dự kiến 30

4.1.4 Những thuận lợi và khó khăn 30

4.2 Ứng dụng 30

4.3 Phương hướng phát triển đề tài 32

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống giữ xe bán tự động 1

Hình 1.2: Hệ thống giữ xe tự động 2

Hình 1.3: Mô hình giữ xe tự động sử dụng máy nhả thẻ 3

Hình 1.4: Máy nhả thẻ xử lý 100 thẻ bản thử nghiệm 3

Hình 2.1: Hệ thống điều khiển 5

Hình 2.2: Tổng hợp các mẫu Arduino 6

Hình 2.3: Động cơ giảm tốc mini 8

Hình 2.4: Mạch cầu H sử dụng Transistor và mạch cầu H LM298 9

Hình 2.5: Mạch kích relay 2 kênh 9

Hình 2.6: Vitme và đai ốc 10

Hình 2.7: Nút nhấn 11

Hình 2.8: Đèn báo 12

Hình 2.9: Công tắc hành trình 12

Hình 3.1: Sơ đồ khối điều khiển 13

Hình 3.2: Bản vẽ máy nhả thẻ 14

Hình 3.3: Động cơ DC giảm tốc 14

Hình 3.4: Động cơ DC giảm tốc 15

Hình 3.5: Động cơ DC giảm tốc JGY370 15

Hình 3.6: Puly GT2 và đai rang GT2 16

Hình 3.7: Đầu đọc thẻ MIFARE CR501AU 16

Hình 3.8: Board mạch điều khiển máy nhả thẻ 17

Hình 3.9: Sơ đồ mạch kích relay điều khiển động cơ 22

Hình 3.10: Optocoupler PC847 22

Hình 3.11: Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại 23

Hình 3.12: Led LCD 16x2 23

Hình 3.13: Sơ đồ giải thuật 28

Hình 4.1: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng trong bãi giữ xe thông minh 29

Hình 4.2: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng trong bãi giữ xe thông minh 31

Hình 4.3: Bán vé rạp chiếu phim 31

Hình 4.4: Bán vé tàu điện ngầm 31

Hình 4.5: Trạm thu phí đường cao tốc 32

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ

1.Đ t v ề

Trong tiến trình phát triển kinh tế thế giới, khoa học và công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng xuất lao động, hiệu quả sản xuất Trong bối cảnh toàn cầu hóa, lĩnh vực này cũng chịu những ảnh hưởng không nhỏ, nhất là ở các nước đang phát triển như Việt Nam Hiện nay đất nước đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa để từng bước bắt kịp sự phát triển của các nước trong khu vực cũng như các nước trên thế giới về mọi mặt kinh tế, văn hóa, xã hội và công nghệ Hiện nay tự động hóa đang được chú trọng và phát triển Tự động hóa giúp cho việc xử lý kết quả tự động, chính xác hơn, việc vận hành sửa chữa dễ dàng hơn, hiệu suất công việc cao hơn và đặc biệt các vấn đề về nhân sự sẽ giảm thiểu rất nhiều Thị trường khoa học và công nghệ ở Việt Nam mới bước đầu phát triển ở một vài hạng mục như nông nghiệp, cơ khí, công nghệ thông tin, công nghệ điện tử tự động,… Tuy nhiên còn hạn hẹp và chưa thực sự phát triển mạnh

Hình 0.1: Hệ thống giữ xe bán tự động

Hiện nay xu hướng tự động hóa đang chiếm một vị trí rất quan trọng và nó là mục tiêu cuối cùng của các sản phẩm công nghệ tiên tiến Cùng với đó sản phẩm thẻ chip RFID ra đời mang đến cho ngành công nghệ một bước tiến mới, sự tiện lợi của chúng là vô cùng hữu ích Hiện nay thẻ chip RFID đã được áp dụng trong hệ thống giữ xe thông minh tuy nhiên vẫn chỉ dừng lại ở bán tự động và tự động hóa hoàn toàn cũng là mục tiêu hướng tới của hầu hết các chủ đầu tư Thay cho việc dùng giấy

truyền thống để giữ xe chỉ sử dụng được một lần và hay bị ướt hoặc rách thì thẻ chip RFID sẽ khắc phục hoàn toàn nhược điểm của chúng

Để có thể tự động hóa trong giữ xe thông minh thì hai sản phẩm công nghệ quan trọng không thể thiếu đó là máy nhả thẻ và máy thu hồi thẻ Trên thị trường hai sản phẩm này chưa phổ biến nên hệ thống giữ xe thông minh không sử dụng con người

là chưa có

Hình 0.2: Hệ thống giữ xe tự động

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế đó, với mong muốn tạo ra một mô hình tự động hóa trong giữ xe thông minh và quá trình nghiên cứu về phương thức hoạt động giữ xe truyền thống thì em đúc kết lại phương thức vận hành cho máy nhả thẻ hoạt động mang tính thực tế cũng như đáp ứng nhu cầu tiện lợi và dễ sử dụng nhất cho người sử dụng Vì vậy nay em xin thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Máy nhả thẻ ứng dụng trong bãi giữ xe tự động”

1.2 M t u u v t t

- Tìm hiểu về phương thức vận hành bãi giữ xe bán tự động để tạo ra máy nhả thẻ RFID phục vụ trong quá trình xử lý việc nạp thông tin và phát thẻ cho người xử dụng

- Hoàn thiện một phần mô hình tự động hóa hoàn toàn trong giữ xe thông minh

- Rèn luyện kỹ năng sáng tạo và thiết kế mạch điện cho bản thân

- p dụng kiến thức đã học để áp dụng thực tế và nâng cao trình độ chuyên môn, tạo ra những sản phẩm mới mẻ phục vụ cho nhu cầu của xã hội

Hình 0.3: Mô hình giữ xe tự động sử dụng máy nhả thẻ

- Hạn chế nhân công trong hệ thống quản lý bãi xe Để nâng cao chất lượng cuộc sống, giảm sức lao động của con người là mục tiêu của luận văn em đang hướng tới

1.3 v u v t t

- Vì đây là mô hình thử nghiệm nên sản phẩn phần cứng còn hạn chế về mỹ quan

- Tốc độ xử lý xuất thẻ nhanh tránh tình trạng ùn tắc Thời gian xử lý cho một lần xuất thẻ trong 5 giây, đảm bảo quá trình vận hành liên tục

- Tự động sửa lỗi phát sinh trong quá trình vận hành của máy ví dụ như việc xuất thẻ trong hộc thẻ bị lỗi do thẻ cũ, cong vênh hoặc lý do nào đó làm thẻ không thể

đi qua khe ra thẻ làm cho quá trình vận hành bị trì hoãn thì máy sẽ tự động chạy chương trình sửa lỗi Trường hợp thẻ bị chết chip thì máy sẽ tự động nuốt lại thẻ lỗi vào ngăn thẻ thu hồi để loại thẻ đó ra

- Đáp ứng số lượng thẻ có thể dự trữ là 1000 thẻ

Hình 0.4: Máy nhả thẻ xử lý 100 thẻ bản thử nghiệm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 G ớ t u u về t ữ xe bá tự ộ

- Thực trạng xã hội chúng ta đang sống có vô vàn những tệ nạn xảy ra, chính vì đó

mà nhu cầu bảo vệ tài sản của con người luôn là yêu cầu hàng đầu trong mọi lĩnh vực Trước đây hệ thống giữ xe của nước ta chỉ dùng thẻ bằng giấy, dễ bị ướt, rách, tốn rất nhiều thời gian, nhân công và còn bị thất thoát tài sản Vì vậy để cải thiện các nhược điểm đó thì hệ thống giữ xe thông minh sử dụng thẻ RFID đã ra đời và khắc phục được toàn bộ những nhược điểm của phương thức giữ xe truyền thống

- Ưu điểm của hệ thống giữ xe thông minh:

+ Sử dụng thẻ nhựa công nghệ RFID cho phép tái sử dụng tới 20,000 lần, không bị ướt và rách như thẻ giấy Ngoài ra thẻ RFID còn được mã hóa rất nghiêm ngặt và chỉ có nhân viên mới có thể mã hóa thẻ, điều này giúp cho tính an toàn của hệ thống là tuyệt đối

+ Hệ thống hoạt động một cách nhanh chóng, chính xác, chống ùn tắc, thân thiện với môi trường

+ Hệ thống giữ xe thông minh xử lý việc lưu hình ảnh biển số xe, gương mặt của khách hàng một cách chính xác, kèm với lưu thời gian ra, vào ngay thời điểm đó, toàn bộ xử lý chỉ trong 2 giây

+ Việc xử lý thông tin bằng máy nên nhân viên chỉ có nhiệm vụ quét thẻ, vì vậy

có thời gian để giám sát bãi xe, tiết kiệm được về vấn đề nhân công

+ Về vấn đề quản lý doanh thu sẽ rõ ràng hơn thẻ giấy rất nhiều vì máy sẽ lưu toàn bộ thông tin đối chứng

- Nhược điểm của hệ thống giư xe thông minh:

+ Là hệ thống giữ xe thông minh tuy nhiên tính chất chung vẫn là bán tự động, vẫn phải có con người vận hành

+ Vấn đề thất thoát trong doanh thu còn chưa triệt để

+ Để tự động hóa hoàn toàn trong giữ xe thông minh cần phải giải quyết được vấn đề phát thẻ, thu hồi thẻ, nhận dạng biển số, thu tiền và thối tiền

- Hầu hết tất cả các trung tâm thương mại, nhà máy, xí nghiệp, khu du lịch,… tất

cả đều có hệ thống giữ xe thông minh Hiện nay thì hệ thống giữ xe thông minh

bán tự động đang là công nghệ hiện đại nhất, tuy nhiên mong muốn của em là sẽ

tự động hóa trong hệ thống giữ xe trong tương lai

2.2 Về t ều k ể

- Hệ thống điều khiển là một mô hình tập hợp kết nối tất cả các thiết bị ngoại vi của một hệ thống tự động về khối xử lý trung tâm Tại đây, khối xử lý trung tâm đóng vai trò là các vi điều khiển, đây là thiết bị điều hướng, xử lý tín hiệu nhận về từ các chân nhận (INPUT) và đưa ra các tín hiệu điều khiển gửi đi từ các chân xuất (OUTPUT) để vận hành hệ thống hoạt động một cách tự động, chính xác và ổn định theo trình tự đã được cài đặt từ trước đó bằng phần mềm lập trình trực tiếp vào vi điều khiển

- Khối xử lý trung tâm là môi trường trực tiếp xử lý tín hiệu ra vào, có thể lập trình được, khối xử lý trung tâm có thể là các vi điều khiển như 8051, PIC, ARM, AVR, PLC,…

Hình 2.1: Hệ thống điều khiển

2.3 Tổ qu về Ardu o

Arduino được hình thành năm 2005, đây là sản phẩm dự án của nhóm sinh viên tại Italy Arduino là một board mạch tích hợp sẵn bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield

Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz, tuy nhiên một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp trên board do hạn chế về kích cỡ thiết bị

Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash trên chip, so với các thiết

bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một

bộ nạp chương trình

Arduino nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn và các thiết bị khác Đây là môi trường lý tưởng cho sinh viên đam mê điện tử tự động có thể thỏa sức thực hiện các nội dung nghiên cứu của mình

Hình 2.2: Tổng hợp các mẫu Arduino

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do đƣợc trang bị cấu hình mạnh với các loại

bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ ra có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng nhƣ UART, SPI, TWI (I2C)

Giao tiếp UART 4 Bộ 1 Bộ

2.4 S ư về ữ trình

Chương trình Arduino được viết theo ngôn ngữ C, chính vì vậy mà nó được viết theo hướng thủ tục Một chương trình Arduino được chia thành 3 phần: cấu trúc (structure), biến số (variable) và hằng số (constant), hàm và thủ tục (function)

Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ mệnh lệnh được phát triển từ đầu thập niên 1970 bởi Ken Thompson và Dennis Ritchie để dùng trong hệ điều hành UNIX

Từ dó, ngôn ngữ này đã lan rộng ra nhiều hệ điều hành khác và trở thành một trong những ngôn ngữ thông dụng nhất C là ngôn ngữ rất có hiệu quả và được ưa chuộng nhất để viết các phần mềm hệ thống, mặc dù nó cũng được dùng cho việc viết các ứng dụng

ξ Ngôn ngữ lập trình cấp thấp

ξ Ngôn ngữ có kích cỡ nhỏ

ξ Mạnh và linh hoạt

2.5 Về ộ t v odu e ều k ể

Động cơ DC giảm tốc là một thiết bị hỗ trợ, chức năng của nó là chuyển đổi tốc

độ quay của các thiết bị khác xuống mức an toàn, phù hợp vời công việc của người dùng

Hình 2.3: Động cơ giảm tốc mini

Cấu tạo của động cơ giảm tốc khá đơn giản, nó bao gồm các bánh răng kết nối trực tiếp với nhau và được lắp trong một chiếc hộp bằng kim loại Động cơ giảm tốc chỉ làm thay đổi tốc độ quay chứ nó không làm thay đổi tỷ số truyền của các thiết bị

khác Nó thường được dùng để giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn và là thiết bị trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác

Nguyên lý hoạt động của động cơ DC giảm tốc: Động cơ điện một chiều là động

cơ hoạt động với dòng điện một chiều Stator của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều của động cơ Bộ phận này bao gồm một

bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Điều khiển động cơ DC giảm tốc rất đơn giản, tùy vào sông suất động cơ và tính chất hoạt động có thể chọn mạch điều khiển cho phù hợp Các module điều khiển như:

- Modul mạch cầu H

Hình 2.4: Mạch cầu H sử dụng Transistor và mạch cầu H LM298

- Mạch kích relay

Hình 2.5: Mạch kích relay 2 kênh

+ Vít quay, đai ốc tịnh tiến

+ Đai ốc vừa quay vừa tịnh tiến, vít cố định

2.6.2 Bully và dây Curoa

- Puly GT2 và dây curoa GT2 sử dụng trong chế tạo máy in 3D và các loại máy CNC mini

+ Số chân: 3 chân (COM, NC, NO)

+ Chịu tải: 1A 125VAC

+ Độ bền: 10.000 chu kỳ gạt