Thiết kế hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô

Thiết kế hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Việt Sơn Nhóm 2

LỜI NÓI ĐẦU

Sự tiến bộ của kỹ thuật trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học trong nhiều nămtrở lại đây đã được ứng dụng rất nhiều vào trong thực tế như các lĩnh vực : quản

lí, các hệ thống tự động … làm giảm thiểu nhân lực mang lại hiệu quả kinh tếcao Trước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện hơn của các linhkiện điện tử, các bộ Vi xử lí…

Trong thực tế, các bộ Vi xử lí, các bộ cảm biến được ứng dụng rất nhiều để tạonên các hệ thống đo lường điều khiển, quản lí sản xuất…Trước tình trạng ở cácthành phố lớn ( Ví dụ Hà Nội ) việc đỗ xe rất thủ công không có sự hỗ trợ củamáy móc nên rất lãng phí nhân công, hiệu quả thấp, chúng em xin làm đồ án

chuyên ngành với đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE Ô

TÔ

Chúng em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Việt Sơn đã tận tình

hướng dẫn giúp em hoàn thiện đồ án này Do kinh nghiệm còn hạn chế, đồ ánnày chắc chắn còn những thiếu sót vì vậy em rất mong nhận được sự hướng dẫn,góp ý cuả các thầy cô giáo và toàn thể các bạn để đồ án của em hoàn thiện hơn

Nhóm sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1.1 THỰC TRẠNG CỦA CÁC BÃI ĐỖ XE Ô TÔ Ở VIỆT NAM HIỆN NAY

Hiện nay ở nước ta chủ yếu là các bãi đỗ ô tô đơn thuần không có sự trợgiúp của máy móc gây lãng phí nhân công, hiệu quả không cao Việc trônggiữ xe chưa được quan tâm nhiều dẫn đến tình trạng lạm dụng vỉa hè củangười đi bộ làm chỗ để xe máy, làn đường của xe đạp thành chỗ trông giữôtô gây ra tình trạng hỗn loạn, ùn tắc ở nhiều tuyến phố

Khả năng điều khiển và kiểm soát vị trí đỗ ở các bãi xe hiện nay cũng đang

là một vấn đề cần giải quyết, nếu không có sự hướng dẫn và kiểm soát mộtcách chính xác sẽ dẫn tới tình trạng lộn xộn, lãng phí mặt bằng bãi đỗ…

Như vậy việc xây dựng các bãi đỗ xe hiện đại là rất cần thiết, điều này sẽgiảm chi phí nhân công, có hướng dẫn cho lái xe khi vào bãi đỗ, có thể quản

lí trên máy tính…

1.2 MÔ HÌNH MỘT BÃI ĐỖ XE Ô TÔ HIỆN ĐẠI

Dưới đây là mô hình một bãi đỗ xe hiện đại ở Hà Nội ( Siêu thị VINCOM )

Cảm biến

Sự hoạt động của bãi đỗ được mô tả tổng quát như sau :

Bãi đỗ được chia thành các hàng, trong các hàng là các ô đỗ xe Chúng ta sẽđặt các cảm biến để phát hiện có xe hoặc không có xe ở các ô đỗ Ở bên trongbãi đỗ ta sẽ quản lí từng hàng một, ở mỗi hàng ta có bảng đèn LED thông báoxem có bao nhiêu ô trống trong hàng, để làm được việc này tín hiệu từ cảm biếnsẽ được truyền về Vi xử lí, Vi xử lí sẽ xử lí thông tin và hiển thị lên bảng LED

để thông báo Ở bên ngoài cổng ta cũng đặt một bảng LED thông báo số ô trốngcủa toàn bộ bãi đỗ, ở đây sẽ có một Vi xử lí tổng, con tổng này sẽ đọc toàn bộ

Đơn vị 3 Đơn vị 4

Đơn vị 5

CHƯƠNG II

TÌM HIỂU VÀ LỰA CHỌN CẢM BIẾN

2.1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ CẢM BIẾN

2.1.1 Cảm biến tiệm cận

 Cảm biến tiệm cận là gì?

Là một thiết bị phát hiện đối tượng bằng phương pháp không tiếp xúc thôngqua sự thay đổi trong trường từ/ điện

 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận tạo ra một lưới các trường điện/ từ (trường này được tạo rabởi một mạch cộng hưởng) , khi đối tượng đi vào trường của cảm biến và làmrối loạn các đường sức từ, kết quả sẽ được gửi đến mạch cộng hưởng và thôngqua sự thay đổi này để phá thiện ra đối tượng Nguyên lý làm việc nhìn chungnhư quá trình phát hiện mồi trên mạng nhện

Hình 2.1: Mô hình một cảm biến tiệm cận

Khoảng cách hoạt động của cảm biến phụ thuộc vào bản chất vật liệu của đốitượng phát hiện, từ milimet - vài chục milimet Ứng dụng rộng rãi trong các dây

chuyền sản xuất như đo, đếm sản phẩm, xác định hành trình, phát hiện đốitượng…

 Phân loại cảm biến tiệm cận

- Inductive (cảm ứng điện cảm): phát hiện vật thể kim loại

- Capacitive (cảm ứng điện dung): phát hiện vật thể kim loại và phi kim

- Magnetic (từ tính): phát hiện các đối tượng từ tính

- Photoelectric (cảm biến quang điện): sử dụng phần tử nhạy sáng để pháthiện đối tượng

- Ultrasonic (siêu âm): sử dụng sóng siêu âm để phát hiện đối tượng kimloại và phi kim

 Cảm biến tiệm cận điện dung

Hình 2.2 : Mạch đo của cảm biến tiệm cận điện dung

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Bộ phận cảm nhận là một cuộn dây được cung cấp dòng có tần số cao, nó sẽtạo ra một từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây Một vật kim loại nằm trongvùng từ trường này sẽ xảy ra hiệu ứng dòng Fuco Theo định luật Lenz, dòngđiện này có chiều chống lại nguyên nhân tạo nên nó, và kết quả tạo nên một từthông ngược lại từ thông của cuộn dây, điều này dẫn đến hệ số tự cảm L thayđổi và trở kháng

 Nhược điểm

Bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, sương, sự thay đổi điện môi Dây nối sensor phảingắn để không ảnh hưởng đến điểm cộng hưởng của bộ dao động Phạm vi hoạtđộng thấp (từ milimet – vài chục milimet)

 Phạm vi ứng dụng

Ứng dụng trong việc đo và phát hiện các vật thể kim loại hoặc phi kim

2.1.2 Cảm biến siêu âm

 Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm để xác định khoảngcách cần đo thông qua thời gian phát và thu các sóng phản xạ đồng thời

 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.3 : Cảm biến siêu âm

Cảm biến phát ra sóng siêu âm, sau đó sóng được truyền đi trong không khí vớivận tốc khoảng 343m/s Quá trình phát sóng siêu âm và thu sóng phản xạ diễn rađồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, qua đó máytính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian

* Các vùng phía trước cảm biến

 Vùng tối (Blind zone):

Vùng tối tồn tại trước bề mặt cảm biến khoảng từ 6 - 80cm Khi vật thể trongvùng này thì đầu ra không có trạng thái ổn định

Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tớichướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm Hay khoảng cách từ cảm

biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF (Time Of Flight):

d = v t/2

 Ưu – Nhược điểm và phạm vi ứng dụng

 Ưu điểm

- Khoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện lên tới 15m

- Sóng phản hồi của cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc của bề mặtđối tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng

- Cảm biến tiệm cận siêu âm giới hạn bởi khoảng cách phát hiện nhỏ nhất

- Sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ thuộc vàonhiệt độ) áp suất, sự chuyển động không đều của không khí, bụi bẩn baytrong không khí gây ảnh hưởng đến kết quả đo

Một số đặc điểm của cảm biến siêu âm SRF05

Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc phản

xạ của nó

Bảng 2.1 : Các đặc tính của cảm biến siêu âm SRF05

2.1.3 Cảm biến quang điện

* Cảm biến quang điện là gì?

Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, được cấu tạo từcác chất bán dẫn, có một đầu thu và một đầu phát khi đầu phát phát ra ánh sángđầu thu sẽ thu ánh sáng này làm cho các linh kiện bán dẫn có thể dẫn hoặc khóa.Dựa vào việc dẫn hoặc khóa này mà ta có thể biết được có vật hay không

* Nguyên lý hoạt động

Khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt của linh kiện bán dẫn thì nó sẽ thay đổi điệntrở Sự thay đổi điện trở nhiều hay ít phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếuvào

Hình 2.5 : Các dạng cảm biến quang điện

Khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt của linh kiện bán dẫn thì nó sẽ thay đổi điệntrở Sự thay đổi điện trở nhiều hay ít phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếuvào

* Ưu – Nhược điểm và phạm vi ứng dụng

 Ưu điểm

o Hạn chế được những phụ thuộc của cảm biến vào yếu tố khách

quan như điều kiện môi trường và đối tượng cần xác định

o Sử dụng trong cảm biến xác định vị trí

o Áp dụng trong chế tạo Encoder và thước mã

o Đo cường độ sáng

o Ghép quang cách ly tín hiệu

2.2 LỰA CHỌN CẢM BIẾN VÀ CÁCH LẮP ĐẶT

2.2.1 Lựa chọn cảm biến

Với ứng dụng là chỉ cần phát hiện sự có mặt của ô tô trong ô đỗ xe và cảm biếnđược đặt ở trên nóc của ô đỗ cách trần xe khoảng 1,5m đến 2,5m nên ta chọncảm biến quang điện

Cảm biến quang điện E3F3-R61

Với yêu cầu đặt ra cho hệ thống, ta có thể sử dụng cảm biến quang điện loạiE3F3-R61 của Omron với các thông số sau :

- Vỏ nhựa, hình trụ D=18, gọn, tiết kiệm không gian

- Thời gian đáp ứng: 2.5 ms (max)

- Nguồn cấp: từ 12 đến 24VDC      

- Dây được nối sẵn (pre-wired) dài 2m

- Có đèn báo khi sensor hoạt động (màu cam)

- Hoạt động ở chế độ Light-On hoặc Dark-On (tùy model)

- Có mạch bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực

- Độ nhạy có thể chỉnh được (với loại khuếch tán)

- Loại phản xạ gương

- Khoảng cách 2m

- Ngõ ra NPN-NO

- Giá 520 000vnd.

 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.6 : Nguyên lí hoạt động của cảm biến quang điện E3F3-R61

Khi ta đấu mạch như hình vẽ của nhà sản xuất thì khi mà có vật chắn (có ô tô )mắt thu sẽ thu được tín hiệu phản xạ khi đó đầu ra ( Load ) sẽ không có dòngđiện chạy qua, ngược lại khi không có vật chắn (không có ô tô ) thì mắt thu sẽkhông thu được tín hiệu phản xạ và lúc này đầu ra của cảm biến ( Load ) sẽ códòng điện chạy qua Như vậy, dựa vào tín hiệu đầu ra của cảm biến ta có thể biếtđược ô đỗ có ô tô hay không

2.2.2 Cách lắp đặt cảm biến

Mỗi ô đỗ ta đặt 1 cảm biến, cảm biến được gắn trên trần cách mặt đất 3m.

Cảm biến

Ô đỗ

CHƯƠNG III

CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÍ3.1 CHỌN VI XỬ LÝ

Ta chọn Vi xử lí AVR Atmega16

Hình 3.1 : Chíp Atmega16

      AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sảnxuất dòng vi điều khiển 89C51 ) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúctập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấutrúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí So với các chip vi điều khiển 8 bitskhác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng)

và đặc biệt là về chức năng:

 Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sửdụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường làcác khối thạch anh)

 Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉcần vài điện trở là có thể làm được một số AVR còn hỗ trợ lập trình on –chip bằng bootloader không cần mạch nạp…

 Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên internet

 Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

PB0/T0/XCK 1

PB1/T1 2

PB2/AIN0/INT2 3

PB3/AIN1/OC0 4

PB4/SS 5

PB5/MOSI 6

PB6/MISO 7

PB7/SCK 8

RESET 9

XTAL2

12 XTAL113

PD0/RXD 14PD1/TXD 15PD2/INT0 16PD3/INT1 17PD4/OC1B 18PD5/OC1A 19PD6/ICP1 20PD7/OC2 21

PC0/SCL 22PC1/SDA 23PC2/TCK 24PC3/TMS 25PC4/TDO 26PC5/TDI 27PC6/TOSC1 28PC7/TOSC2 29

AREF 32AVCC 30

U2

ATMEGA16

 Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụngxung clock nội lên đến 8 MHz (sai số 3%)

 Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần vàdung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộnhớ lưu trữ lập trình được EEPROM

 Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

 Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiềukênh

 Chức năng Analog comparator

 Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp 232)

RS- Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C)Master và Slaver

 Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)



* Một số chip AVR thông dụng:

 AT90S1200

 AT90S2313

 AT90S2323 and AT90S2343

 AT90S2333 and AT90S4433

 AT90S4414 and AT90S8515

Các chân BI/RBO, RBI, LT không cần nối trong ứng dụng này.

Với đèn LED ta chọn loại Anot chung, màu tùy ý :

Với Transistor ta chọn loại NPN

a) b)

Hình 3.3 : Đèn Led (a), Transistor NPN (b)

3.2 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG

Trong sơ đồ, các công tắc tương ứng với các cảm biến, ta hiển thị theo phươngpháp quét LED

Nguồn cung cấp là 5V

Q1

NPN

Bắt đầu

Đọc giá trị từ các hàng Hiển thị thông báo tại các hàng

Truyền thông kết quả

Xử lí kết quả ở tổng Hiển thị thông báo

Ta sẽ có 4 hàng, mỗi hàng có 2 con Vi xử lí như hình bên dưới Các Vi xử lí lầnlượt là U1,2 ( hàng 1) U3,4 ( hàng 2 ) U5,6 ( hàng 3 ) U7,8 ( hàng 4 ) và 1 Vi xử

lí tổng là U9 Việc truyền dữ liệu từ các hàng lên Vi xử lí tổng U9 thông qua các

Bắt đầu

Đọc các chân của U1

Truyền kết quả từ U1 lên U2

U2 cộng kết quả của U1 và U2

U2 lấy giá trị đặt trừ giá trị U1+U2

Hiển thị kết quả Truyền thông

 Lưu đồ thuật toán cho một hàng

Bắt đầu

Khởi tạo điều kiện đầu cho Timer

Xảy ra Ngắt Timer lần 1 thì gửi dữ liệu ra cổng Sét Led tương ứng

Ngắt Timer lần 2 thì đảo bit thấp => cao rồi gửi ra cổng Sét Led tương ứng

 Lưu đồ thuật toán phần hiển thị

4.2 LẬP TRƯƠNG TRÌNH CHÍNH

Mô phỏng trên máy tính