hệ thống đo lường cảm biến trong bãi đỗ xe thông minh

Trải qua nhiều thập kỷ ô tô đã trở thành phương tiện không thể thiếu của con người. Hiện nay tự động hóa quá trình công nghiệp trong quản lý hệ thống các bãiđỗ xe thông minh là khá phổ biến và thông dụng và nó đóng góp một vai trò hếtsức quan trọng trong cuộc sống. Ví dụ từ những bãi đỗ xe đơn giản cho tới cáchệ thống bãi đỗ xe thông minh đều ứng dụng những quá trình tự động. Do vậyviệc hiểu biết những kiến thức về quá trình tự động hóa quá trình công nghiệpđối với sinh viên ngành điện là rất cần thiết. Tự động hóa quá trình công nghiệpgiúp sinh viên có những kiến thức cơ bản về quá trình tự động hóa trong côngnghiệp. Giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức đã học , nghiên cứu và làmquen với công việc thiết kế và xây dựng hệ thống , sử dụng thiết bị cảm biến,điều khiển máy điện trong thực tế hiện nay .

Đề tài

Tìm hiểu, phân tích hệ thống đo lường cảm biến trong bãi đỗ xe thông minh

Hệ thống được mô tả như hình:

Giới hạn điều kiện

Bãi đỗ xe chỉ được chứa xe con, các loại xe khác không được phép vào bãi.Bãi xe gồm 4 tầng, mỗi tầng có sức chứa 10 xe con chia đều cho 2 dãy

- Nhiệt độ trong bãi đỗ từ (5- 50oC)

- Có cảnh báo cháy/nổ.

Yêu cầu của hệ thống

- Giám sát được số xe trong bãi.

- Cảnh báo nhiệt độ cao trong bãi đỗ, báo động khi có khói, có cháy.

Yêu cầu chung

1-Bìa gồm:

- Tên đề tài

- Danh sách SV trong nhóm

- Tên giáo viên hướng dẫn

2-Đầu quyển có nội dung giao đề tài (Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn chung về

Bố cục trình bày

3-Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế

Chương 2: Nội dung thực hiện

2.1- Yêu cầu của đề tài

2.2- Các hướng giải quyết

2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế

Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến

4.1- Bản tài liệu lý thuyết

4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến

6- Lớp trưởng tổng hợp file mềm của các nhóm, ghi ra đĩa CD- nộp lại cho GV

Trải qua nhiều thập kỷ ô tô đã trở thành phương tiện không thể thiếu của con người

Hiện nay tự động hóa quá trình công nghiệp trong quản lý hệ thống các bãi

đỗ xe thông minh là khá phổ biến và thông dụng và nó đóng góp một vai trò hếtsức quan trọng trong cuộc sống Ví dụ từ những bãi đỗ xe đơn giản cho tới các

hệ thống bãi đỗ xe thông minh đều ứng dụng những quá trình tự động Do vậyviệc hiểu biết những kiến thức về quá trình tự động hóa quá trình công nghiệpđối với sinh viên ngành điện là rất cần thiết Tự động hóa quá trình công nghiệpgiúp sinh viên có những kiến thức cơ bản về quá trình tự động hóa trong côngnghiệp Giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức đã học , nghiên cứu và làmquen với công việc thiết kế và xây dựng hệ thống , sử dụng thiết bị cảm

biến,điều khiển máy điện trong thực tế hiện nay

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên , cô giáo đã tạo điều kiện cho

chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu “Xây dựng hệ thốngbãi đỗ xe thông minh” Do lần đầu làm quen với việc thiết kế với khối lượng kiếnthức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vững cho nên dù cố gắng nhưng trong bài làm của bọn em còn nhiều thiếu sót Chúng em rất mong được sự góp

ý kiến của cô giúp chúng em có những kiến thức cần thiết để sau này có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của cuộc sống

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế Ngày nay ở các trung tâm thành phố lớn với sự phát triển mật độ dân cư và xe

cộ ngày càng đông đúc Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng xe ô tô ngày càng nhiều

và điều này cũng phần nào phản ánh tốc độ phát triển của một quốc gia Song songvới sự phát triển đó, người ta đặt ra vấn đề là xây dựng những bãi dỗ xe để phục vụcho người dân trong công việc cũng như trong việc đi lại của họ Vì thế, ngày naytrên các nước tiên tiến trên thế giới như Mexico, Nhật Bản, Hàn Quốc,… ở nhữngthành phố chật hẹp, người ta xây dựng hệ thống bãi giữ xe ô tô thông minh đượctrang bị thiết bị nâng để di chuyển ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ trên cao hoặc dùng

hệ thống ngầm Đây là những giải pháp giúp tăng hơn rất nhiều số lượng xe trênmột diện tích truyền thống, cho phép giải quyết tình trạng thiếu mặt bằng xâydựng

Từ nhu cầu bức thiết cuộc sống và trong khuôn khổ môn học chúng em được côgiáo giao đề tài:” Hệ thống bãi giữ xe thông minh” Hi vọng đề tài của chúng emđược áp dụng vào thực tế và một phần giải quyết được vấn đề đỗ xe

Ở việt nam hiện nay

Hiện nay, việc gia tăng đến chóng mặt của các phương tiện giao thông đang khiến TP Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, và nhiều thành phố khác của nước ta đứng trước cơn khủng hoảng bãi đỗ xe Các bãi đỗ xe trong thành phố mới chỉ đáp ứng được 30% nhu cầu của người dân, 70% còn lại là các bãi đỗ xe trái phép, sai phép.

Hình ảnh những chỗ đỗ xe tự phát

Chật chội và thiếu thốn đó là hình ảnh quen thuộc của những bãi đỗ xe trên địa bàn Thành Phố Dạo một vòng quanh thành phố, các bãi đỗ, trông giữ xeđua nhau mọc lên Vỉa hè nên trên khá nhiều tuyến phố bị tận dụng, chăng dây thành bãi đỗ xe

Tại các khu chung cư hay khu đô thị mới, các khu văn phòng do các bãi đỗ

xe không đáp ứng được nhu cầu, sân chơi cũng bị tận dụng biến thành bãi giữ xe Dưới lòng đường, ôtô, taxi dù cũng chen nhau, nối thành những hàng dài, lấn chiếm lòng đường

- Đã có nhiều bãi đỗ xe được mở ra, nhưng trong quá trình vận hành có những nhược điểm:

+ Tốn nhiều diện tích

+ Cần có người quản lý xe ra vào…

Vì vậy để giải quyết vấn đề đó người ta đã thiết kế các gara ôtô đặc biệt là

các gara ôtô tự động

Hình ảnh những gara ôtô tự động

3.Khái niệm gara ôtô

Hệ thống gara ôtô hay còn gọi là hệ thống đỗ xe thông minh: là một công nghệ điều khiển tự động, sử dụng chủ yếu các pallet và thang nâng, cho phép đỗ được nhiều xe ôtô hơn trên cùng một diện tích không gian;

Hệ thống đỗ xe tự động là một giải pháp An toàn – Tiết kiệm…

AN TOÀN

 An toàn về người do không tham gia vào quá trình đỗ xe, lưu bãi;

 Kiểm soát được vị trí của xe nhờ hệ thống mã hóa vị trí tự động;

 Không bị mất mát, va đập; tình trạng tai nạn giao thông trong hầm đỗ xe cũng hoàn toàn được loại trừ;

 Hệ thống được trang bị đầy đủ phương tiện phòng chống cháy, nổ, dừng khẩn cấp, chống động đất, cảnh báo tình trạng khí thải, ngăn chặn quá tải;

 Tránh tác động khói thải khi lái xe ra/ vào hầm đỗ;

TIẾT KIỆM

 Gia tăng nhiều lần số chỗ đỗ xe trên cùng một diện tích;

 Là giải pháp thay thế tối ưu làm giảm chi phí đầu tư xây dựng;

 Chi phí hợp lý nhờ quá trình nội địa hóa và chuyển giao công nghệ;

 Thời gian gửi/ lấy xe nhanh chóng;

 Giảm thiểu nhu cầu sử dụng hệ thống thông gió, điều hòa không khí;

Chương 2: Nội dung thực hiện2.1-Yêu cầu của đề tài

2.1.1-Yêu cầu hệ thống

- Giám sát được số lượng xe trong bãi

- Cảnh báo được nhiệt độ cao trong bãi đỗ, báo động khi có khói, cócháy

2.1.2- Yêu cầu công nghệ

Giới hạn điều kiện: Bãi đỗ xe chỉ chứa xe con, các loại xe khác khôngđược vào, bãi gồm có 4 tầng, mối tầng có 10 xe chia đều cho 2 dãy

Bấm nút START hệ thống hoạt động Khi có xe vào cửa, động cơBarie ở cửa tự động được nâng lên Sau khi mua vé xong (hoặc đượckiểm tra vé) tiến vào trong bão đỗ xe thì cửa tự động đóng lại, hệ thống

sẽ đưa xe đến vị trí đã được chọn, cảm biến hồng ngoại sẽ báo ở vị trí

đó, và màn hình sẽ hiển thị tăng thêm 1 xe

Ở cửa ra, khi người dùng báo muốn lấy xe ở vị trí nào đó, hệ thống sẽ

tự động đưa xe từ vị trí đó đến cửa ra, sau khi kiểm soát vé xong Barie

sẽ đóng cửa lại cảm biến hồng ngoại sẽ báo ở vị trí đó và màn hình sẽhiển thị giảm đi 1 xe

Số lượng xe trong bãi luôn được giám sát bằng hệ thống cảm biếnhồng ngoại Khi có 1 xe vào hiển thị tăng lên 1, khi có 1 xe ra, hiển thịgiảm đi 1 (giả sự không có xe ra vào cùng 1 thời điểm)

Bên ngoài cổng vào có hệ thồng đèn báo, nếu trường hợp bãi còn trốngthì đèn sẽ báo xanh, còn nếu như đã đầy thì đèn báo đỏ, để người gửi

xe biết và đi vào bãi khác (tất nhiên là sẽ thiết kế để không chậm thờigian và gây phiền của người dùng)

Cảm biến nhiệt độ, cảm biến lửa cho phép nhiệt độ trong khoảng từ 5 –

50oC, nếu như ngoài khảng này thì cảm biến báo ngay về hệ thống,chuông sẽ kêu và đèn báo cháy sẽ sáng

Cảm biến khói sẽ báo nếu như trong bãi có xảy ra khói

2.2- Các hướng giải quyết

- Đầu tiên đảm bảo tất cả các xe vào bãi đều là xe con thì trước bãi cócác ký hiệu, các hình vẽ về những loại xe được phép vào bãi, còn cáclại xe khác thì vào các bãi khác có thiết kế phù hợp hơn

- Đếm xe trong bãi:

+ Phương án 1: Để phát hiện khi có 1 xe vào hoặc ra chúng em dùngcảm biến quang, chúng em đặt 2 cảm biến cách nhau 1 khoảng nhấtđịnh đề phân biệt giữa người và xe ra vào bãi Nếu là người thì chỉ 1cảm biến tác động, còn nếu là xe thì cả 2 đều tác động Như vậy chúng

em sẽ biết được trong bãi có bao nhiêu xe

+ Phương án 2: Chúng em cũng dùng cảm biến quang, nhưng mỗi vị trí

để xe chúng em sẽ gắn một cảm biến, như thế thì khi xe đến vị trí đóthì cảm biến quang báo tời hệ thống, và hệ thống sẽ đếm, xe ra thì cũngtương tự

- Hệ thống nâng đỡ, hệ thống máy tính, lập trình để quản lý toàn hệthống chúng em không xét tới, vì giới hạn yêu cầu của đề tài

2.3-Hướng giải quyết và lựa chọn thiết kế

Phương án 1: Để phát hiện khi có 1 xe vào hoặc ra chúng em dùng cảmbiến quang, chúng em đặt 2 cảm biến cách nhau 1 khoảng nhất định đềphân biệt giữa người và xe ra vào bãi Nếu là người thì chỉ 1 cảm biếntác động, còn nếu là xe thì cả 2 đều tác động Như vậy chúng em sẽbiết được trong bãi có bao nhiêu xe.

Lý do: Hệ thống sẽ chỉ giám sát xe trong bãi chỉ thông qua 1 cảm biến,như vậy thì độ chính xác cao hơn, máy tính quản lý sẽ nhẹ hơn Dễdang trong việc sử dụng cũng như sửa chữa, chi phí lắp đặt thấp, -Cảnh báo cháy nổ

+Phương án 2: Chúng em sẽ gắn 1 cơ cấu cháy nổ cho cả bãi đỗ xe,được đặt ở chính giữa tầng 2, đồng thời sử dụng 2 cơ cấu báo cháy nổthủ công di động, giúp cho người quản lý nhanh chóng tìm ra vị trícháy nổ để kịp thời khắc phục

Lý do: máy tính chỉ quản lý 1 cảm biến thì rất dễ dàng, lúc hư hỏngcũng dễ sửa chữa Chúng em dùng 2 cơ cấu báo cháy trung bình sẽgiúp cho người bảo vệ nhanh chóng tìm ra được vị trí có cháy nổ Cónhững vị trí mà ngay cả camara giám sát cũng không thể phát hiện rađược, như: cháy dây điện, ổ điện, … bên trong tường, các chỗ hẹp, mắtcamara không nhìn thấy Bên cạnh đó cũng tiết kiệm chi phí mà độ antoàn thì luôn được đảm bảo tuyệt đối

Các đại lượng cần đo (m) nhưng không có tính chất điện như nhiệt độ,

áp suất,…tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tínhchất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng chứa đựngthông tin cho phép xác định của đại lượng đo

Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, chúng thayđổi tính chất khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của chúng

- Nguyên lý làm việc của quang điện trở

là sự phụ thuộc của điện trở vào thônglượng bức xạ và phổ bức xạ đó

- Tế bào quang dẫn là cẩm biến quang

điện có đọ nhảy cao Cơ sở vật lý của tếbào quang điện là hiện tượng quang đẫn

do hiệu ứng quang điện trong Đó làhiện tượng giải phóng các hạt tải điệntrong vật liệu dưới tác dụng của ánhsáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu.2.4.1.2 Nguyên lý hoạt động của một số cảm biến quang

a) Photo Diot

Sự tiếp xúc của hai loại bán dẫn loại n và loại p ( vùng chuyển tiếpP_N) tạo nên vùng nghèo hạt dẫn vì ở đó tồn tại một điện trường vàhình thành hang rào thế Vb (hình) Khi không có điện thế bêngnoaif đặt leen vùng chuyển tiếp (U=0) dòng điện qua chuyển tiếpI=0

-Khi đặt một điện áp lên diot, với điện áp ngược đủ lớn Ud>> ,chiều cao của hàng rào điện thế tăng lên và trên diot chỉ còn lạidòng điện ngược Ir=Io (Io – dòng điện tối)

-Khi chiếu sáng diot bằng bức xạ có bước sóng sẽ xuất hiện cáccặp điện từ _ lỗ trống, dưới tác dụng của điện trường các cặp điệntừ_lỗ trống chuyển động và dòng điện ngược tăng lên rất nhanh.-các vật liệu dùng chế tạo Phôt diot là Si, Ge (vùng ánh sáng nhìnthấy) và GaAs, InAs, InSb (vùng hồng ngoại)

b) Photo Transitor

- Photo Transitor là các transitor silic loại npn mà vùng bazơ đượcchiếu sáng, không có điện áp đặt trên bazơ, chỉ có điện áp trên C,đồng thời chuyền tiếp B-C phân cự ngược (hình) Điện áp đặt chủyếu là phần chuyển tiếp B-C (phân cực ngược) trong khi đó sựchênh lệch điện thế giữa E và B thay đổi không đáng kể.

U0,6 0,7

-Khi phần chuyển tiếp B_C được chiếu sáng, sự hoạt động của phototransitor giống như photo diot ở chế độ quang dẫn với dòng điệnngược:

Ir=Io+Ip

Với: Ir: Dòng điện ngược

Io:Dòng điện tối

Dòng điện sáng

c) Cảm biến Phát xạ (Tế bào quang điện)

-Cảm biến phát xạ là biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện nhờhiện tượng phát xạ điện từ ở cực catot khi có thông lượng ánh sángchiếu vào

-Số lượng điện tử phát xạ tỷ lệ với số photo chiếu vào cực catot

-Cảm biến Phát xạ được phân thành:

+ Tế bào quang điện chân không

+ Đèn ion khí.

+ Bộ nhân quang điện

-Cơ chế hoạt động của đèn quang điện như sau:

-Khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào, catot hấp thụ photo và giảiphóng điện tử, các điện tử này di chuyển lên bề và thoát ra ngoài -Các vật liệu dùng làm photon catot là:

+ AgOCs nhạy với vùng hông ngoại

+Cs2Sb, K2CsSb nhạy với vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại.2.4.1.3 Cảm biến báo cháy

Để phát hiện được có sự cố cháy ta phải sử dụng 3 loại cảm biến đó làcảm biến nhiệt, cảm biến khói và cảm biến lửa

- Cảm biến nhiệt: là loại cảm biến dùng

để chuyển tín hiệu vật lý nhiệt độ thànhtín hiệu điện, đây là loại cảm biến có độnhạy tương đối cao vào tuyến tính,Nguyên tắc làm việc của nó là dòng điệnhay điện áp thay đổi khi nhiệt độ tại nơiđặt nó thay đổi tuy nhiên nó cũng dễbáo động nhầm khi nguồn nhiệt bênngoài tác động vào không theo ý muốn

- Cảm biến lửa: Khi lửa cháy thì phát ra

ánh sáng hồng ngoại, do đó ta sử dụngphát hiện tia hồng ngoại để phát hiện.Nguyên lý hoạt động là điện trở của cáclinh kiện thu song hồng ngoại tăng, nóchuyển tín hiệu ánh sáng thu được thànhtín hiệu điện để báo động Loại này rấtnhảy với lửa Tuy nhiên cũng rất dễ báođộng nhầm nếu đặt cảm biến ngoài trờihoặc gần nơi có bong đèn sợi đốt

- Cảm biến khói: Có 2 cách cơ bản để

thiết kế bộ cảm biến khói:

+ cách thứ nhất: là dùng nguyên tắc ion hóa

Cảm biến ion hóa sử dụng 1/5000 gram đồng vị Americium 241(Am) để tạo ra các tia alpha Cứ mỗi giây thì lượng Americium này sẽtạo ra 37 triệu tia alpha ( đây có vẻ là một con số lớn nhưng số lượngtia alpha như thế này vẫn quá nhỏ để có thể gây ảnh hưởng tới conngười) Đối diện với nguồn phát tia alpha là một bộ phát điện với haicực âm và dương được sắp xếp như sơ đồ trên Khi tia alpha đập vàooxy ( O ) và nitrogen (N) trong không khí, chúng giải phóng ra cácelectron và tạo ra dòng điện Khói trong đám cháy sẽ làm cho quátrình tạo electron bị phá vỡ và lúc đó chuông báo cháy + thiết bị báocháy tự động sẽ được kích hoạt

+ Cách thứ 2 là sử dụng các linh kiện thu phát quang

Bộ cảm ứng quang điện thường sử dụng một chùm tia hồng ngoại đượcphát ra từ một chiếc đèn LED ( xem hình trên ) Đèn này được chiếuthẳng sang phía bên kia của ống ( phần Light catcher ) Cảm biếnquang điện được đặt vuông góc với đường đi thong thường của chùmtia hồng ngoại Khi không có khói, chùm tia sáng được chiếu thẳng vàcảm biến không hề nhận được bất cứ tia hồng ngoại nào Khi xảy rahỏa hoạn, khói bay vào trong ống sẽ đóng vai trò như một chiếc gươngphản chiếu hắt ánh sáng vào cảm biến quang điện và chuông hỏa hoạncùng các thiết bị chống cháy tự động sẽ được bật Trong 2 cách này thìphương pháp thứ nhất nhạy hơn và hiệu quả hơn phương pháp thứ hai,nhưng khó thực thi, khó lắp đặt Còn cách thứ hai tuy độ nhạy kém hơnnhưng linh kiện dễ kiếm và dễ thi công cũng như lắp đặt Vậy nên emchọn phương pháp thứ hai là dùng cảm biến quang

-Hoạt động: Khi có xe tới cửa vào 2 cảm biến quang S1, S2 ở cửa vào

bị tác động kích hoạt mạch điều khiển động cơ mờ Barie ở cửa vào.Khi Barie mở tới khi chạm phải công tắc hành trình HT2 thì động cơdừng Barie ở vị trí mở cho xe vào Khi xe đã nhận vé xe xong đi tiếpvào trong bãi đỗ xe cảm biến S3, S4 bị tác động kích hoạt động cơBarie làm việc cho tới khi gặp công tắc hành trình HT1 thì dừng lạiBarie ở trạng thái đóng Khi S1 và S2 bị tác động sẽ có 1 xung đưa về

hệ thống (máy tình) Máy tính sẽ tăng thêm 1 giá trị báo hiệu tăngthêm 1 xe và được hiển thị trên màn hình của máy tính

-Khi có 1 xe đi ra cảm biến S5 và S6 bị tác động kích hoạt mạchđiều khiển điều khiển động cơ kéo Barie ở cửa ra Khi Barie mở tới khichạm phải công tắc hành trình HT4 thì động cơ dừng Barie mở cho xe

ra Khi xe ra ngoài cảm biến S7, S8 bị tác động kích hoạt động cơ kéoBarie xuống cho tới khi gặp phải công tắc hành trình HT3 thì dừng lạiđóng cửa ra của bãi đỗ xe Khi S7 và S8 bị tác động sẽ có 1 xung đưa

về máy tính Máy tính tự động trừ 1 xe trong bãi đỗ xe đi và hiển thị số

xe trong bãi