Giải pháp thông minh giải quyết vấn đề điều khiển ra vào xe máy ứng dụng trong chung cư mini

Để giải quyết vấn đề này, ở các nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc,… Tại những thành phố lớn mặt bằng dành cho đỗ xe trật hẹp, người ta đã xây dựng hệ thống bãi giữ xe

VŨ HỮU CẢNH

GIẢI PHÁP THÔNG MINH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN RA VÀO XE MÁY ỨNG DỰNG

TRONG CHUNG CƢ MINI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CƠ ĐIỆN TỬ

VŨ HỮU CẢNH

GIẢI PHÁP THÔNG MINH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

ĐIỀU KHIỂN RA VÀO XE MÁY ỨNG DỰNG

TRONG CHUNG CƯ MINI

Chuyên ngành: Cơ Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN CHÍ HƯNG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các sơ đồ

Danh mục các hình

Lời mở đầu 1

Chương I: Tổng quan về hệ thống bãi để xe máy 3

1.0.Tổng quan về hệ thống 3

1.1 Giới thiệu bãi để xe máy tự động 4

1.2 Nguyên tắc hoạt động chung của hệ thống 8

Chương II: Giới thiệu hệ thống điện của bãi để xe tự động 12

2.0 Giới thiệu chung 12

2.1 Bộ điều khiển 12

2.2 Các loại cảm biến thường dùng 14

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển Atmega32 21

3.0 Giới thiệu chung 21

3.1 Tổng quan về vi điều khiển ATMEGA32 21

3.2 Thiêt kế mạch điều khiển sử dụng quẹt thẻ 43

3.3 Tích hợp modun RFID vào mạch điều khiển 54

3.4 Tích hợp hệ thống chống cháy tự động 56

3.5 Xây dựng thuật toán điều khiển 57

Chương IV: Thiết kế mạch đọc thẻ RFID 68

4.0 Tổng quan về RFID 68

4.3 Hoạt động của thẻ thụ động EM4100 73

4.4 Thiết kế anten cho reader 78

4.5 Vi điều khiển PIC 16F877A của hãng Microchip 84

4.6 Thiết kế giao diện người dùng 86

4.7 Xây dựng cơ sở dữ liệu 88

Chương V: KẾT LUẬN 90

5.1 Kết quả quả đạt được 90

5.2 Kết quả chưa đạt được 90

5.3 Định hướng phát triển đề tài 90

5.4 Kiến nghị 90

Tài liệu tham khảo 91

Phụ Lục1: Kết quả chế tạo sản phẩm 93

QT3 - Bit 3 trong mã quẹt thẻ

QT3- Bit 3 trong mã quẹt thẻ

QT4- Bit 4 trong mã quẹt thẻ

QT5- Bit 5 trong mã quẹt thẻ

QT6- Bit 6 trong mã quẹt thẻ

QT7- Bit 7 trong mã quẹt thẻ

Bảng 3.3 Bảng ngắt của Atmega32 28

Bảng.3.4 Công thức tính toán tốc độ baud 35

Bảng 3.5 Mã nhị phân vị trí khay 44

Bảng 3.6 Mã nhị phân vị trí pallet trên khay 45

Bảng 3.7 Dữ liệu đầu vào giá trị khay 45

Bảng 3.8 Mã hóa thẻ khay 46

Bảng 3.9 Cổng Com rắc 25 chân và 9 chân 47

Bảng 3.10 Trạng thái động cơ số 01 50

Bảng 3.11 Trạng thái động cơ số 02 51

Bảng 3.12 Trạng thái động cơ số 03 52

Bảng 3.13 Mã hóa vị trí pallet trên khay số 01 59

Bảng 3.14 Mã hóa vị trí pallet trên khay số 02 59

Bảng 3.15 mã hóa vị trí pallet trên khay số 03 59

Bảng 4.16 Sơ đồ các chân EM4095 70

DANNH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1 Thuật toán chương trình chính .9

Sơ đồ 2 Thuật toán chương trình con gửi xe 59

Sơ đồ 3 Thuật toán chương trình con lấy xe 60

Sơ đồ 4 Thuật con cân bằng hệ thống 61

Sơ đồ 5 Thuật toán chọn chiều quay động cơ số 01 67

Hình 1.1 Tổng đồ hệ thống bãi đỗ xe tự động 4

Hình 1.2 Sơ đồ cơ cấu lấy và gửi xe 5

Hình 1.3 Kết cấu Pallet 5

Hình 1.4 Kết cấu giá để xe 6

Chương II Tổng quan về hệ thống điện của bãi để xe máy tự động Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng 11

Hình 2.2 Kiến trúc bộ vi xử lý 12

Hình 2.3 Thu phát cảm biến quang dạng rời 13

Hình 2.4 Thu phát cảm biến quang dạng chung 13

Hình 2.5 Chân linh kiện BL9148 15

Hinh 2.6 Nguyên lý mạch phát hồng ngoại 15

Hình 2.7 Mạch khuếch đại phát hồng ngoại 16

Hình 2.8 Chân linh kiện BL9149 17

Hình 2.9 Nguyên lý mạch thu hồng ngoại 17

Hình 2.10 Mạch khuếch đại thu hồng ngoại 17

Hình 2.11 Một số dạng cảm biến từ 18

Hình 2.12 Relay .19

Hình 2.13 Relay thời gian 19

Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động của rơle 20

Chương III Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển Atmega 32 Hình 3.1 Sơ đồ Atmega 32 dạng PDIP 22

Hình 3.2 Sơ đồ Atmega 32 dạng chân đế 22

Hình 3.3 Sơ đồ khối Atmega32 23

Hinh 3.4 Lõi CPU AVR 24

Hình 3.8 Thanh ghi SPCR 31

Hình 3.9 Thanh ghi SPSR 31

Hình 3.10 Thanh ghi dữ liệu SPDR 32

Hình 3.11 Sơ đồ khối bộ USART 33

Hình 3.12 Bộ định thời chế độ đồng bộ 34

Hình 3.13 Định dạng khung dữ liệu 35

Hình 3.14 Thanh ghi dữ liêu I/O 35

Hình 3.15 Thanh ghi điều khiển và trạng thái USARTA-UCSRA 36

Hình 3.16 Thanh ghi điều khiển và trạng thái USARTB-UCSRB 36

Hình 3.17 Thanh ghi điều khiển và trạng thái USARTC-UCSRC 36

Hình 3.18 Thanh ghi baud rate 37

Hình 3.19 Kết nối TWI bus 37

Hinh 3.20 Trao đổi dữ liệu TWI 39

Hình 3.21 Điều kiện start và stop TWI 39

Hình 3.22 Định dạng khung địa chỉ TWI 39

Hình 3.23 Định dạng gói dữ liệu 40

Hình 3.24 Thanh ghi tốc độ 40

Hình 3.25 Thanh ghi điều khiển TWI-TWCR 40

Hình 3.26 Thanh ghi trạng thái TWI – TWSR 41

Hình 3.27 Thanh ghi dữ liệu TWI – TWDR 41

Hình 3.28 Thanh ghi địa chỉ TWI (Slave ) – TWAR 41

Hình 3.29 Giao diện người dùng sử dụng thẻ mã hóa 42

Hình 2.30 Cách đặt cảm biến tiệm cận 43

Hình 3.31 Sơ đồ rắc cắm cảm biến xác định vị trí và rắc quẹt thẻ đầu vào 44

Hình 3.35 Sơ đồ kết nối nguồn của mạch điều khiển 46

Hình 3.36 Sơ đồ chân chờ cổng COM 46

Hình 3.37 Kết nối AVR với PC thông qua Max232 47

Hình 3.38 Sơ đồ nguồn đầu vào 48

Hình 3.39 Sơ đồ mạch nạp USBasp 48

Hình 3.40 Sơ đồ đảo chiều đồng cơ số 01 sử dụng relay 49

Hình 3.41 Sơ đồ đảo chiều đồng cơ số 02 sử dụng relay 50

Hình 3.42 Sơ đồ đảo chiều đồng cơ số 03 sử dụng relay 50

Hình 3.43 Màn hình hiển thị LCD 16x2 51

Hinh 3.44 Sơ đồ mạch in lớp top layer 52

Hình 3.45 Sơ đồ mạch in lớp bottom player 53

Hình 3.46 Tổng quan ứng dụng RFID 53

Hình 3.47 Giao diện người dùng sử dụng RFID 54

Hình 3.48 Đầu báo khói 56

Hình 3.49 lựa chọn gốc tính toán cân bằng 61

Hình 3.50 Vị trí hiện hành 64

Hình 3.51 Vị trí cân bằng số 01 64

Hình 3.52 Vị trí cân bằng số 02 64

Hình 3.53 Xác định chiều quay 66

Chương IV THIẾT KẾ MẠCH ĐỌC THẺ RFID Hình 4.1 Sơ đồ khối bên trong chip EM4095 70

Hình 4.2 Sơ đồ mạch dùng chip EM4095 73

Hình 4.3 Sơ đồ chân EM4095 73

Hình 4.4 Tổ chức bộ nhớ chip EM4100 74

Hình 4.8 Sơ đồ chân của 16F877A 85

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc thẻ RFID 86

Hình 4.10 Giao diện ứng dụng khi chưa có thiết bị kết nối vào 87

Hình 4.11 Hiển thị thông tin khi có thẻ quẹt 87

Hình 4.12 Cập nhật thông tin khách hàng 88

Hình 4.13 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Mysql 89

Hình 4.14 Bảng danh sách khách hàng 89

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay ở các trung tâm thành phố lớn với sự phát triển mật độ dân cư và các phương tiện giao thông ngày càng đông đúc Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng các loại xe máy ngày càng nhiều, điều này phần nào cũng phản ánh sự phát triển của quốc gia Song bên cạnh sự phát triển đó tồn tại một vấn đề cần giải quyết là xây dựng những bãi giữ xe để phục vụ cho người dân để thuận tiện trong cuộc sống và thuận tiện cho các hoạt động khác của xã hội Để giải quyết vấn đề này, ở các nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc,… Tại những thành phố lớn mặt bằng dành cho đỗ xe trật hẹp, người ta đã xây dựng hệ thống bãi giữ xe tự động được lắp đặt thiết bị nâng hạ để di chuyển phương tiện từ mặt đất lên điểm đỗ trên cao (hệ thống nổi hoặc di chuyển xe xuống điểm đỗ dưới lòng đất - hệ thống ngầm), đây là những giải pháp giúp tăng hơn gấp nhiều lần số lượng xe trên một diện tích truyền thống, cho phép giải quyết trình trạng thiếu diện tích mặt bằng xây dựng

Ở Việt Nam mật độ phân bố dân cư tập trung tại các thành phố lớn rất động đúc

và trung bình 1 người dân có 1 xe máy Với số lượng xe máy tham gia giao thông lớn nên nhu cầu chỗ để xe rất cao và đi kèm với nó là vấn đề quy hoạch mặt bằng để

đỗ xe và tận dụng hiệu quả quỹ đất ở các thành phố lớn trong cả nước Hà Nội là nơi có những con đường và ngõ phố rất nhỏ, nhiều con ngõ chỉ đúng vừa một chiếc

xe đi lọt và những ngôi nhà nhỏ với diện tích mặt bằng 9m2

thì việc vào ra xe và đỗ

xe cũng rất khó khăn, gây ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cuộc sống của người dân và chúng ta không xa lạ với rất nhiều bãi đỗ xe trên vỉa hè, thậm chí cả dưới lòng đường gây cản trở cho quá trình lưu thông của người dân Vì vậy ở Việt nam

đã có những nghiên cứu về hệ thống bãi để xe máy tự động ứng dụng trong các chung cư mini, những nơi có diện tích trật hẹp và bên cạnh những nghiên cứu về các cơ cấu truyền động cũng tồn tại vấn đề về điều khiển linh hoạt hệ thống, an toàn

thuận tiện cho người sử dụng Chính vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài "giải pháp thông minh giải quyết vấn đề điều khiển ra vào xe máy ứng dụng trong chung cƣ mini" làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ của mình

Luận văn được chia làm 5 chương chính như sau:

Chương I : Tổng quan về hệ thống bãi để xe máy

Chương II : Giới thiệu hệ thống điện của bãi để xe máy tự động

Chương III : Thiết kế bộ điều khiển

Chương IV : Thiết kế mạch đọc thẻ RFID

Mặc dù đã giành nhiều thời gian nghiên cứu thực tế và hoàn thiện luận văn song không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và đồng nghiệp để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài của mình Tôi

xin chân trân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ của TS.Nguyễn Chí Hƣng

cùng các thầy cô trong Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và rôbốt - Trường Đại Học Bách Khoa Hà nội trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Hà nội, ngày tháng năm 2015

Học viên thực hiện

Vũ Hữu Cảnh

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỂ XE MÁY TỰ ĐỘNG 1.0 Tổng quan về hệ thống

Ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ mang lại hiệu quả và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân Việc cải tiến hệ thống bãi đỗ xe ôtô của các nước phát triển trên thế giới, áp dụng để giải quyết bài toán thiết kế và chế tạo bãi đỗ xe máy ứng dụng tại các thành phố lớn là hết sức cần thiết Dưới đây là một số mô hình bãi để xe ôtô có thể ứng dụng trong việc xây dựng và thiết kế bãi để xe máy tại Việt nam

a Mô hình xếp chồng (Auto Stacker):

Mô hình này sử dụng một hệ thống thủy lực để nâng tối đa 4 ôtô xếp cạnh nhau lên một tầng cao để dành chỗ cho 4 xe khác ở bên dưới Tuy nhiên, giải pháp này chỉ phù hợp với qui mô nhỏ và ứng dụng vào việc để xe ôtô, hiệu quả kinh tế không cao khi áp dụng cơ cấu này trong việc để xe máy

b Mô hình bãi xe nhiều tầng (Driver in Parking):

Mô hình này với các đường dốc để chủ xe tự lái vào và ra khỏi bãi xe Mức độ

tự động hoá không cao Giải pháp này tuy phổ biến nhưng chưa hiệu quả về mặt không gian, không gây nhiễm môi trường, khả năng ứng dụng để giải quyết vấn đề bãi để xe máy là không khả thi (vì cần không gian rông)

c Mô hình bãi giữ xe tự động hoá (Above ground Automated Parking):

Mô hình này là một bước cải tiến so với 2 mô hình trên, sức chứa có thể tăng gấp nhiều lần so với mô hình bãi giữ xe nhiều tầng Bố trí các xe sát nhau và thu hẹp khoảng cách giữa các tầng, các khâu nhận bảo quản và trả xe hoàn toàn được tự động hóa, với mô hình này có khả năng ứng dụng vào bãi để xe máy

d Mô hình bãi xe tự động hoá dạng ngầm (Underground Automated Parking):

Có cấu trúc tương tự mô hình bãi giữ xe tự động nhưng được thiết kế ở dạng ngầm dưới đất, mô hình này cũng có khả thi để ứng dụng vào hệ thống để xe máy

e Mô hình bãi xe kết hợp giữa bãi để xe tự động và bãi để xe dạng ngầm

Mô hình bãi để xe máy nên áp dụng mô hình nhỏ lẻ và tận dụng không gian trên không và không gian ngầm dưới lòng đất để làm hệ thống để xe Mô hình này có kết cấu nhỏ gọn và hiệu quả sử dụng cao, có thể ứng dụng trong các trung cư mini, các khu đô thị để thuận tiện cho việc lấy và trả xe mà vẫn đảm bảo được an ninh trong quá trình lưu giữ xe

Ứng dụng các nghiên cứu thành công trong bãi để xe thông minh dành cho ô tô

ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam, chúng ta cần có một số cải tiến cơ cấu để thuận tiện trong quá trình để xe máy như hệ thống định vị chống lắc cho giá để xe,

cơ cấu phụ trợ để hỗ trợ quá trình đưa xe vào hệ thống và trả xe khi có yêu cầu, hệ thống có tính linh hoạt trong quá trình vận hành, an toàn trong sử dụng và việc thiết

kế một hệ thống điều khiển đi kèm cũng cần đáp ứng được yêu cầu về độ an toàn, thuận tiện trong quá trình sử dụng, thân thiện với người dùng Hệ thống điều khiển

có khả năng lưu giữ thông tin của người gửi, được kết nối với hệ thống ATM để thuận tiện trong quá trình tính chi phí sử dụng, các bãi đỗ xe thông minh này được đặt tại những nơi công cộng thuận tiện cho người dân và mang lại hiệu quả kinh tế

Hệ thống đỗ xe máy tự động được thiết kế gồm 2 phần chính là:

* Hệ khung và dàn luân chuyển xe: Kết cấu khung và cơ cấu truyền động để

nâng chuyển xe máy trong hệ thống Các kết cấu đảm bảo an toàn cho xe và cơ cấu, thuận tiện cho người sử dụng, tận dụng tối đa không gian sử dụng và linh hoạt trong quá trình vận hành

* Dàn cơ cấu đƣa xe máy vào và ra: Cơ cấu này có 2 chuyển động chính là

chạy dàn ngang để đưa xe đến vị trí khay lựa chọn, chạy tay nâng để đẩy vào vị trí pallet, sau khi thực hiện xong cơ cấu này được thu lại và cả dàn cơ cấu đẩy xe vào

và ra quay về vị trí đã được lựa chọn làm gốc

1.1 Giới thiệu bãi để xe máy tự động

Bãi để xe máy tự động bao gồm các phần chính sau:

- Khung đỡ chính: Có tác dụng giữ vững hệ thống và đảm bảo độ cứng chắc, trong quá trình hoạt động của hệ thống

- Phần dẫn hướng trong: là đường dẫn hướng định vị chuyển động phía trong của trục trên khay chứa xe

- Phần dẫn hướng ngoài: Định vị chuyển động phía ngoài của trục trên khay chứa xe

- Xích tải:

- Rãnh dẫn hướng khay: có tác dụng định hướng chuyển động của khay chứa xe,

và đảm bảo thăng bằng của mặt phẳng đỡ xe không bị nghiêng quá giới hạn

- Khay chứa xe:

- Pallet để xe:

- Ray trượt ngang : Thanh dẫn hướng hệ thống lấy xe

- Động cơ số 02 : Động cơ chạy cơ cấu lấy xe theo phương ngang

- Động cơ số 03: Động cơ chạy cơ cấu lấy xe theo phương dọc

- Tay nâng pallet: Khi xe nâng hạ xe hoạt động, hệ thống gửi tín hiều điều khiển tay nâng đưa pallet vào hoặc đi ra

- Dẫn hướng tay nâng: Định vị tay nâng tiếp cận pallet đúng vị trí

- Cơ cấu khóa bánh xe: Có tác dụng giữ vũng xe trong hệ thống

- Đĩa xích: Truyền chuyển động trong hệ thống

- Động cơ số 01: Quay dàn lưu chuyển các khay trong hệ thông

Cơ cấu kẹp pallet

Hình 1.4 Kết cấu giá để xe

1.2 Nguyên tắc hoạt động chung của hệ thống

Hệ thống quản lý bãi xe tự động được thực hiện một cách tự động nhờ vào việc lập trình cho bộ điều khiển và các cảm biến được đặt tại các cửa vào ra Sức chứa của bãi xe cho phép tối đa là 32 xe bao gồm các loại xe wase S, wase RS, Jupiter, Airbled, dreams, Khi có xe vào, cảm biến phát hiện và bộ điều khiển sẽ điều khiển

mở cửa cho xe vào và đếm số xe, khi xe đã vào, cảm biến sẽ phát hiện và bộ điều khiển điều khiển đóng cửa Và tương tự, khi có xe ra, cảm biến sẽ phát hiện và điều khiển mở cửa cho xe ra, hệ thống sẽ cập nhật số liệu xe vào ra Khi xe đã ra, cảm biến sẽ phát hiện, bộ điều khiển điều khiển đóng cửa Khi bãi xe còn trống, thì một đèn xanh sẽ sáng để báo hiệu hệ thống còn chỗ trống Ngược lại, khi bãi xe đầy thì đèn đỏ sẽ sáng để báo hiệu hệ thống đã hết vị trí trống và không tiếp nhận thêm xe vào gửi

Lỗ lắp bi Trục treo khay

Rãnh định

vị của pallet

Sơ đồ 1: Thuật toán chương trình chính

Xác nhận

An toàn

Chạy chương trình cân bằng trọng lg

Ktra cân Bằng trg lg

Các khâu cơ bản của hệ thống

a Khâu quẹt thẻ

Mỗi khách hàng gửi xe sẽ được cung cấp 01 thẻ từ và có mã từ tương ứng Khi khách hàng lấy xe hệ thống sẽ yêu cầu khách hàng quẹt thẻ để xác nhận, hệ thống sẽ đối chiếu dữ liệu trong bộ nhớ chương trình Khi xác nhận xong bộ điều khiển sẽ điều khiển hệ thống đưa xe ra đúng vị trí lấy xe và loại bỏ vị trí xe này ra khỏi hệ thống

b Mở cửa

Khi có tín hiệu quẹt thẻ lấy xe trên bảng điều khiển, hệ thống so sánh vị trí dữ liệu của xe trên khay và mã thẻ quẹt của khách hàng để quay đưa xe của người gửi đến đúng vị trí của ra và hệ thống sẽ mở cửa để đưa xe đến vị trí trả xe cho khác hàng Sau khi khách hàng nhận lại xe và các tín hiệu cảm biến gửi về bộ điều khiển

ở trạng thái an toàn thì cửa bảo vệ an toàn sẽ đóng lại

c Đóng cửa

Khi có xe vào và tác động vào các sensor, cảm biến, hệ thống tự động mở của

để người gửi xe dắt xe vào vị trí yêu cầu trên hệ thống, sau khi xe vào vị trí thì hệ thống, người gửi ra khỏi xe, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về hệ khối xử lý trung tâm, khối xử lý sẽ xuất tín hiệu để điều khiển đóng cửa bảo vệ an toàn và đưa xe vào vị

trí cất giữ

d Khâu tự động chạy chế độ cân bằng

Khi xe máy được gửi hoặc lấy ra trong hệ thống sẽ xảy ra trường hợp lệch trọng tâm của hệ thống vì vậy gây ảnh hưởng đến các kết cấu của hệ thống Trong một khoảng thời gian nhất định khi không có tín hiệu quẹt thẻ, thì hệ thống sẽ chạy chế

độ tự động cân bằng để đưa hệ thống về vị trí có trọng tâm thấp nhất, đảm bảo độ an

toàn và tăng tuổi thọ cho kết cấu cơ khí

e Khâu tính tiền gửi xe

Khi xe bắt đầu được gửi vào hệ thống, trong vi điều khiển sẽ cung cấp cho vị trí

xe này 1 biến thời gian Thời điểm quẹt thẻ gửi xe ta mặc định t1=0, khi khách hàng quẹt lấy xe ta có giá trị t2 # 0, Delta = t2 - t1

Chi phí gửi xe được tính như sau: CP=Delta*Giá/1đvtg

f Hoạt động của hệ thống xe nâng

Khi xe được đưa vào pallet, các hệ thống tín hiệu gửi về bộ điều khiển báo sẵn sàng, bộ điều khiển sẽ điều khiển động cơ quay khay để thoát pallet, sau khi thoát pallet trên hệ thống xe nâng sẽ nâng pallet ra vị trí để khách hàng đưa xe vào pallet trong quá trình gửi xe Khi có tín hiệu khách hàng lấy xe, pallet di chuyển đến vị trí khay chứa xe, động cơ quay dàn khay sẽ quay để đưa khay chứa xe đến vị trí pallet tiếp cận, xe nâng tiến vào trong và tiếp cận pallet, khi tiếp cận pallet thành công, động cơ quay dàn sẽ quay để thoát pallet, sau đó xe nâng đưa pallet chứa xe cần lấy

ra khỏi vị trí và sẵn sàng cho khác hàng nhận lại xe

PHẦN II : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA BÃI

ĐỂ XE MÁY TỰ ĐỘNG 2.0 Giới thiệu chung

- Hệ thống điện điều khiển của bãi để xe tự động bao gồm:

+ Các cảm biến tiệm cận, cảm biến quang, cảm biến từ

+ Các sensor, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tốc độ

+ Bảng mã hóa tín hiệu

+ Relay và các thiết bị hiển thị

+ Hệ thống điều khiển trung tâm

Ưu điểm của bộ điều khiển:

Có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển, thuận tiện cho việc phát triển và tích hợp hệ thống và không cần phải thay đổi phần cứng, có thể đưa ra các dự báo tại các vị trí của hệ thống, để thuận tiện cho công tác bảo trì bảo dưỡng hệ thống Có thể mở rộng các cổng vào ra và chỉ cần lập trình một lần có thể sử dụng cho nhiều hệ thống và ít tốn kém Có thể kết nối mạng để giám sát hệ thống và liên kết hệ thống với các dịch vụ của ngân hàng để thuận tiện trong việc thanh toán chi phí dịch vụ

Bus dữ liệu

Bus điều khiển

Thiết bị nhập

2.2 Các loại cảm biến thường dùng

A- Cảm biến quang dạng thu và phát rời:

Là cảm biến gồm hai bộ phát và thu được tách rời ra riêng biệt Các thiết bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm ánh sáng (thường là bức xạ hồng ngoại) không cho chúng chiếu tới thiết

bị dò

Hình 2.3 Thu phát cảm biến quang dạng rời

B- Cảm biến quang dạng thu và phát chung:

Là cảm biến gồm hai phần phát và thu được gộp chung thành một khối Các thiết bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu phản xạ, vật thể cần phát hiện

sẽ phản chiếu chùm ánh sáng lên thiết bị dò

Hình 2.4 Thu phát cảm biến quang dạng chung Trong cả hai loại trên, cực phát xạ thông thường là Diode phát quang (LED) Thiết bị dò bức xạ có thể là Transistor quang, thường là hai Transistor được gọi là cặp Darlington Cặp Darlington làm tăng độ nhạy của thiết bị Tuỳ theo mạch được

sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức thấp khi ánh sáng đến Transistor Các cảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của

Diode phát quang

Thiết bị dò quang học

Vật thể

các vật thể ở khoảng cách ngắn, thường nhỏ hơn 5mm đối với cảm biến hình chữ U Đối với các loại cảm biến nói trên, ánh sáng được chuyển thành sự thay đổi dòng điện, điện áp hoặc điện trở đó chính là một đặc trưng mang bản chất điện

C- Cảm biến tiệm cận điện cảm

Cảm biến tiệm cận được tác động khi có vật ở gần cảm biến.Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy

D- Cảm biến thu phát hồng ngoại

IC phát BL9148: Đây là một bộ truyền phát hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS 1948 kết hợp với BL9149 tạo ra 10 chức năng, với BL 9150 tạo ra 18 chức năng và 75 lệnh có thể phát xạ, trong đó 63 lệnh là liên tục, có thể có nhiều tổ hợp phím, 12 phím không liên tục, chỉ có thể sử dụng phím đơn Với cách tổ hợp như vậy có thể dùng cho nhiều loại thiết bị từ xa

Ứng dụng: Bộ phát hồng ngoại trong các thiết bị điện tử như: TV, Video

cassette, Recoder, và cũng có thể sử dụng để cho các ứng dụng công nghiệp khác

Sơ đồ và chức năng các chân IC:

+ Chân 1(Vss): là chân Mass được nối với cực âm của nguồn điện

+ Chân 2 va 3: là hai chân để nối với bộ giao động bên ngoài

+ Chân 4-9 (K1-K9): là đầu của các tính hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận phím

18 phím

+ Chân 13 (CODE): là chân mã số dùng để kết hợp với các chân T1-T2 để tạo

ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu

+ Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường khi

sử dụng có thể bỏ trống

+ Chân 15 (TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM

+ Chân 16 (Vcc): là chân cấp nguồn dương

Hình 2.5 Chân linh kiện BL9148[5]

Hinh 2.6 Nguyên lý mạch phát hồng ngoại [5]

Do tín hiệu ngõ ra của IC phát có dòng bé: (-0.11.0)mA nên ta phải khuếch đại chúng lên Vì thế, ta dùng transistor để khuếch đại dòng cấp cho Led hồng ngoại

Khi chưa cấp nguồn thì Q off: Không có dòng qua Led hồng ngoại

Hình 2.7 Mạch khuếch đại phát hồng ngoại [5]

Khi cấp nguồn cho mạch phát Q on: Vout = VB => Q dẫn bão hòa => VCE = VCEbão hòa = 0.2V, R1=10K, RIR= biến trở 10K

IC thu BL9149 :BL9149 được chế tạo bởi công nghệ CMOS, điều khiển tối đa

10 thiết bị

Sơ đồ và chức năng của các chân của IC :

+ Chân 1(Vss): là chân Mass được nối với cực âm của nguồn điện

+ Chân 2 (RXin): là đầu vào tín hiệu thu

+ Các chân 3-7 (HP1-HP5): là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ luôn duy trì ở mức logic ”1”

+ Các chân 8-12 (SP1-SP5): là đầu ra tín hiệu không liên tục chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107ms

+ Chân 13-14 (CODE3- CODE2): để tạo ra mã tổ hợp các hệ thống giữa phần phát và phần thu Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu

+ Chân 15 (OSC): dùng để nối với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao dộng cho mạch

+ Chân 16 (Vcc): là chân được nối với cực dương của nguồn cung cấp

Hình 2.8 Chân linh kiện BL9149

Hình 2.9 Nguyên lý mạch thu hồng ngoại [5]

Hình 2.10 Mạch khuếch đại thu hồng ngoại

R =C R =4.7 KΩ , VB C=4,5V, IB= 1A, R L 30K Từ đó ta chọn RL=

10 KΩ

Ứng dụng: Cảm biến quang được ứng dụng rất phổ biến ngoài thực tế như

trong các hệ thống đóng mở cửa tự động, đếm và phân loại sản phẩm,v.v…

E Cảm biến từ (loop detector):

Hình 2.11 Một số dạng cảm biến từ [3]

Cảm biến từ là một loại cảm biến dựa trên nguyên tắc truyền dẫn điện từ Điều này có ý nghĩa nếu một vật thể được đặt trong một vùng từ trường thay đổi thì một điện thế được tạo ra trên vật thể đó Khi có điện trường được tạo ra xung quanh cuộn dây Khi có một vật thể kim loại đi vào vùng từ trường đang thay đổi Dòng điện được tạo ra trong vật thể kim loại, tiến trình này được gọi là sự truyền dẫn, điều này là bởi vì tất cả các kim loại đều dẫn điện Khi một dòng điện được truyền trong một vật thể kim loại và nó cũng tạo ra vùng từ trường của chính nó, những vùng từ trường này có khả năng truyền dẫn một lượng nhỏ về điện trong chính cuộn dây của cảm biến Do đó, cảm biến sẽ phát hiện được vật thể

Ứng dụng: Cảm biến từ được dùng nhiều trong thực tế như ở các trạm thu phí

xe ôtô tự động, các cổng tự động dành riêng cho xe lớn từ 4 chỗ trở lên hay các ứng dụng phân loại sản phẩm kim loại hoặc phi kim loại

D Relay: Relay là loại khí cụ điện tự động đóng ngắt mạch điện điều khiển, tự

động đóng ngắt các tiếp điểm khi có nguồn tác động tức là khi có điện thì các tiếp điểm của Rơle hoạt động, tiếp điểm thường mở thì đóng lại và tiếp điểm thường đóng thì mở ra dùng để đảo chiều động cơ

Hình 2.12 Relay [3] Hình 2.13 Relay thời gian [3]

Rơle hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ, hút tấm kim loại mỏng về phía lõi với một lực, nếu lực này thắng lực cản của lò xo thì các tiếp điểm thường mở của Rơle sẽ đóng lại làm kín mạch điều khiển Khi dòng điện trong cuộn dây giảm hoặc khi ngắt điện Rơle thì lực hút lò xo sẽ thắng lực hút điện từ làm cho các tiếp điểm trở về vị trí ban đầu

Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động của rơle

Ứng dụng: Dùng trong các mạch tự động đóng ngắt, trong các mạch đảo chiều

quay động cơ

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG

VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 32 3.0 Giới thiệu chung

Mạch điều khiển hệ thống bao gồm các vấn đề chính như sau:

+ Thiết kế mạch điều khiển thẻ quẹt, lập trình cho vi điều khiển

+ Các thiết bị ngoại vi như: sensor, cảm biến tiệm cận,

+ Giao diện điều khiển

+ Giao tiếp với modun RFID và giao tiếp máy tính

3.1 Tổng quan về vi điều khiển ATMEGA32

Vi điều khiển Atmega 32 là vi điều khiển 8-bit CMOS công suất tiêu thụ thấp

dựa trên cấu trúc RISC AVR Bằng cách thực hiện các lệnh mạnh trong một chu kỳ đồng hồ Atmega 32 đạt được tốc độ xấp xỉ 1MIPS trên 1MHz cho phép người thiết

kế tối ưu công suất tiêu thụ với tốc độ xử lý

Các tính năng:

Cấu trúc RISC

+ Hỗ trợ 131 lệnh

+ 32x8 thanh ghi dùng chung

+ Tốc độ 16 MIPS với thạch anh 16 MHz

Giao diện JTAG

+ Khả năng quét biên theo chuẩn JTAG

+ Hỗ trợ gỡ lỗi trên chip

+ Lập trình bộ nhớ Flash, EEPROM, các bít khóa qua giao diện JTAG Các tính năng ngoại vi

+ Hai bộ đếm/định thời 8 bit

+ Một bộ đếm / định thời 16 bit

+ Bộ đếm thời gian thực với bộ giao động riêng

+ Bốn kênh PWM

+ 8 kênh ADC 10 bit

+ Giao tiếp I2C, USART, SPI

+ 0 - 16 MHz với Atmega32

Hình 3.1 Sơ đồ Atmega 32 dạng PDIP

Hình 3.2 Sơ đồ Atmega 32 dạng chân đế

Hình 3.3 Sơ đồ khối Atmega32

Mô tả chân:

+ VCC: Điện áp cung cấp

+ GND: Nối đất

+ PortA, PortB, PortC, PortD: Có thể được cấu hình như các cổng cổng I/O 8-bit hai hướng thông thường hoặc cấu hình để sử dụng các chức năng đặc biệt khác Các chân của Port có thể được nối với các điện trở kéo lên bên trong (lựa chọn cho từng bit)

+ Reset: Là đầu vào, khi đưa một mức điện áp thấp vào chân này có độ dài lớn hơn một xung sẽ reset hệ thống

+ XTAL1, XTAL2: Các đầu vào dao động

+ AVCC: Điện áp cấp cho các bộ ADC Thường được nối với VCC qua một bộ lọc thông thấp

+ AREF: Điện áp tham chiếu cho các bộ biến đổi ADC

Hinh 3.4 Lõi CPU AVR

Để có được hiệu năng cao nhất và khả năng làm việc song song, AVR sử dụng cấu trúc Harvard – với sự phân chia bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu Các lệnh trong bộ nhớ chương trình được thực thi với 1 cấp xử lí liên lệnh đơn Trong khi lệnh đang được xử lí thì lệnh tiếp theo được nạp tiếp từ bộ nhớ chương trình Khái niệm này kích hoạt lệnh để thực thi trong mỗi chu kì xung nhịp đồng hồ

Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ flash có thể lập trình lại được ở trong hệ thống

6 trong 32 thanh ghi chung có thể được sử dụng như là 3 địa chỉ 16 bit gián tiếp cho vùng dữ liệu địa chỉ - kích hoạt địa chỉ có hiệu lực trong tính toán 1 trong những con trỏ địa chỉ này có thể được sử dụng như là một con trỏ địa chỉ cho việc tìm kiếm các bảng trong bộ nhớ chương trình Flash Các thanh ghi chức năng được thêm vào là các thanh ghi 16 bit X, Y, Z

Không gian nhớ Flash được chia ra làm 2 phần, phần chương trình khởi động và phần chương trình ứng dụng Cả 2 phần này đều có các bit khóa riêng cho sự bảo vệ ghi và đọc/ghi Lệnh SPM được viết vào trong bộ nhớ ứng dụng Flash phải được thường chú trong khu vực khởi động chương trình

Trong suốt quá trình ngắt và gọi các chương trình con, sự hoàn trả địa chỉ của bộ đếm chương trình được lưu ở trong ngăn xếp (Stack ) Ngăn xếp (stack ) được gán trong vùng dữ liệu chung SRAM, và do đó kích thước ngăn xếp ( stack ) chỉ bị giới hạn bởi độ lớn của SRAM và độ sử dụng của SRAM Tất cả các chương trình người dùng phải được khởi tạo SP (stack poiter) trong thủ tục reset (trước khi chương trình con hoặc các ngắt được thực thi ) Con trỏ ngăn xếp (SP- stack pointer) được truy cập đọc/ghi ở trong không gian địa chỉ I/O Dữ liệu SRAM có thể dễ dàng được truy cập đến thông qua 5 kiểu địa chỉ khác nhau được hỗ trợ ở trong cấu trúc của AVR Tất cả các ngắt đều có một véctơ ngắt riêng trong bảng véctơ ngắt

Các ngắt có quyền ưu tiên theo vị trí vector ngắt của nó Vector ngắt có địa chỉ càng thấp thì ngắt càng được ưu tiên hơn

Các bộ nhớ:

Bộ nhớ Flash: 32K bytes được quản lý như 16K x 16 do hầu hết các lệnh của

AVR có chiều dài 16 hoặc 32 bit

Bộ nhớ SRAM: 2K byte dùng để lưu biến và đánh địa chỉ

Bộ nhớ Eeprom: 1K bytes Bộ nhớ Eeprom không bị mất dữ liệu khi mất

nguồn, có thể ghi đọc trong lúc chạy chương trình, dùng để lưu các tham số

Nguồn dao động: Bên trong AVR đã có sẵn một bộ giao động có thể lựa chọn

với tần số từ 1Mhz – 8 Mhz (mặc định 1Mhz) Do đó nó có thể chạy mà không cần mắc thêm nguồn dao động ngoài Muốn sử dụng nguồn dao động ngoài chúng ta phải lập trình cho các bít CKSEL3 0 và CKOPT theo bảng:

Bảng 3.1: Lựa chọn Clock

Bảng 3.2: Lựa chọn tần số hoạt động

Các ngắt: Khi có ngắt xảy ra, vi điều khiển sẽ tự động lưu các tham số của

chương trình và nhảy đến chương trình con thực hiện ngắt

Bảng 3.3: Bảng ngắt của Atmega32 Các cổng vào ra: Các cổng vào ra và các thanh ghi dùng để điều khiển hướng

của cổng được lập trình giá trị tới từng bit Bộ đệm cổng có thể đủ mạnh để điều khiển hiển thị trực tiếp LED sáng Tất cả các chân đều có các điện trở kéo lên bên trong

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý tương đương cổng vào ra

Mỗi cổng vào ra có thanh ghi dữ liệu PORTx ( PORTA, PORTB, PORTC, PORTD), thanh ghi hướng dữ liệu DDRx và thanh ghi dữ liệu vào PINx Khi bit thanh ghi hướng dữ liệu bằng “1” thì chân đó là chân ra, bằng “0” là chân vào Giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface)

Giao tiếp ngoại vi nối tiếp SPI cho phép trao đổi dữ liệu đồng bộ tốc độ cao giữa Atmega32 và các thiết bị ngoại vi hoặc giữa các thiết bị AVR với nhau Giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI) bao gồm các đặc điểm dưới đây

+ Truyền song công, truyền dữ liệu đồng bộ 3 dây (Three wire)

+ Chế độ hoạt động Master / Slave

+ Chuyển dữ liệu MSB First hoặc LSB First

+ 7 tốc độ bit có thể lập trình

+ Cờ ngắt cuối phiên truyền

+ Cờ ngăn xung đột ghi

+ Đánh thức khỏi chế độ chờ Idle

+ Chế độ SPI Master tốc độ kép (CK/2 )