HỆ THỐNG QUẢN lý THU PHÍ đậu XE tự ĐỘNG sử DỤNG CÔNG NGHỆ LORA

Bên cạnh đó, hệ thống sẽ cảnh báo khi xảy ra các tình huống như quá thời giancho phép, quên thanh toán… 1.3 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống quản lý thu phí đậu xe tự động sử dụng công nghệ

HỆ THỐNG QUẢN LÝ THU PHÍ ĐẬU

XE TỰ ĐỘNG

SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA

ADC Analog to Digital Converter

A Anot

CPU Central Processing

E Enable

EEPROM Programmable Read Only Memory

DMIPS Dynamic microscopic image processing scannerGND Ground

IC Intergrated Circuit

ID Indentity Card

IP Internet Protocol

K Katot

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode

LoRa Long Range Radio

MIPS Microprocessor without Interlocked Pipeline StagePWM Pulse Width Modulation

PIC Programable Intelligent controller

RAM Random Access Memory

RFID Radio Frequency Identification

RISC Reduced Intructions Set Computer

RXD Reveived Data

SPI Serial Peripheral Interface

SRAM Static Random Access Memory

TXD Transmitted Data

TTL Time to Live

UART Universal Asynchronous Receiver –TransmitterUSART Universal Asynchronous Receiver TransmiterUSB Universal Serial Bus

VCC Voltage Colector to Colector

VSS Voltage for Substrate and Source

WAN Wide Area Network

WOR Wake on Radio

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÍ THU PHÍ ĐẬU

XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA

1.1 Giới thiệu

Khi công nghệ đang ngày càng phát triển mạnh thì các giải pháp nhằm nâng caochất lượng cuộc sống cũng đang dần tăng lên Bên cạnh đó, giảm sức lao động củacon người và xây dựng 1 cuộc sống văn minh hơn cũng là thách thức cho các nhàquản lý cũng như các công ty dịch vụ Bãi đậu xe là một phần không thể thiếu trongđời sống đô thị hiện nay, khi mà nhu cầu đi lại ngày càng tăng cao và số lượngphương tiện giao thông ngày càng tăng cao Tạo ra những hệ thống quản lý đậu xe

tự động đang là hướng giải quyết cho vấn đề nêu trên

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nhằm tạo ra một hệ thống quản lý thu phí đậu xe tự động sử dụng được trên cácđường phố Tự động nhận biết được các vị trí đã có xe đậu hay chưa, tự động thờigian và phí đậu xe Sau đó, hiển thị thông tin lên giao diện của máy chủ và cập nhậptrạng thái lên internet để người dùng có thể biết được tình trạng của bãi giữ xe đó từ

xa Bên cạnh đó, hệ thống sẽ cảnh báo khi xảy ra các tình huống như quá thời giancho phép, quên thanh toán…

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống quản lý thu phí đậu xe tự động sử dụng công nghệ LoRa để truyền vànhận dữ liệu giữa các trạm với nhau, đầu đọc và thẻ RFID, cảm biến hồng ngoại xácđịnh vật cản, LCD để hiển thị ID và thời gian đậu xe

Sử dụng phần mềm visual studio để tạo giao diện cho hệ thống và lưu trữ dữ liệu,

sử dụng node red để hiển thị dữ liệu lên Internet cho người dùng theo dõi từ xa

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài đồ án lần này, đối tượng nghiên cứu là bãi đậu xe ở vỉa hè, lề đường…

ở những nơi này có thể trở thành bãi đậu xe cho xe hơi Và những cột rào nơi vỉa hèhoặc cột đèn đường có thể trở thành một vị trí đậu xe lý tưởng Trên các cột này sẽđược lắp đặt cảm biến nhằm nhận biết có xe đậu hay không Mỗi vị trí sẽ bao gồm

một trạm con hoàn chỉnh bao gồm cảm biến, RFID, LoRa, vi điều khiển Các trạmnày sẽ thực hiện đầy đủ các chức năng như xử lý dữ liệu, gửi dữ liệu và phát cảnhbáo.

1.5 Kết quả đạt được

Sản phẩm có được là một hệ thống quản lí trạm đỗ xe trên hai con đường, trên mỗiđường sẽ có hai đến bốn vị trí đậu xe Các trạm có thể thay đổi ID tùy ý, mỗi ID sẽtương ứng với một vị trí nhất định, vì vậy khi cần thêm một trạm nào đó, chỉ cầnchỉnh ID của trạm tương ứng với vị trí đó Tiếp theo đó nếu có xe, trên giao diện sẽhiển thị đúng 1 chiếc xe ở vị trí đó Khi mà có xe đậu ở vị trí nào, thì trên giao diện

sẽ hiển thị hình một chiếc xe đang đậu ở vị trí đó và khi quẹt thẻ thì hệ thống bắtđầu đếm thời gian, nếu vượt quá thời gian cho phép sẽ phát cảnh báo và tính thờigian phạt tiền Khi người dùng muốn lấy xe thì phải quẹt đúng thẻ và thanh toán phíphạt (nếu có) Sau đó hiển thị thời gian đậu xe cho người dùng, gửi dữ liệu về trạmchính Sau đó máy tính lưu trữ lại các thông số như thời gian vào ra của các xe, sốtiền cần thanh toán Nếu tất cả các vị trí đều đã có xe đậu thì hệ thống sẽ cảnh báotình trạng bãi đậu xe đã đầy Sau đó máy tính gửi dữ liệu lên internet để người dùng

có thể truy cập vào xem được

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1.6 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2-1: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống.

 Trạm chủ có chức năng nhận dữ liệu được gửi về ở các trạm con và hiển thịlên giao diện, hiển thị các thông tin, lưu trữ dữ liệu ra file excel, đồng thờicập nhập dữ liệu lên internet

 Các trạm con có chức năng thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến, RFID đểxác định trạng thái của các vị trí, xác nhận ID của người gửi, tính toán thờigian gửi xe và gửi về cho trạm chủ

1.1.1 Trạm chủ

Hình 2-2: Sơ đồ khối của trạm chủ.

 Máy tính có nhiệm vụ hiển thị giao diện và cảnh báo, lưu trữ dữ liệu, gửi dữliệu lên Internet

Trạm chủ

 USB – UART kết nối giữa máy tính và thiết bị LoRa Truyền dữ liệu từLoRa vào máy tính.

 LoRa có nhiệm vụ chính là nhận dữ liệu được gửi về từ các trạm con và đưavào máy tính

1.1.1.1 Máy tính

 Chức năng: Hiển thị giao diện của hệ thống, hiển thị thông tin của bãi đậu

xe, hiển thị cảnh báo khi bãi đậu xe đầy, lưu trữ dữ liệu, gửi dữ liệu lêninternet

 Chức năng hiển thị: sử dụng phần mềm Visual Studio 2015 để thiết kếgiao diện hiển thị cho hệ thống và cài đặt các thông số để hiển thị Ngoài

ra máy tính còn có nhiệm vụ tách dữ liệu nhận được để phân biệt các dữliệu nhận được Giao diện của hệ thống như sau:

Hình 2-3: Giao diện của hệ thống trên máy tính.

 Chức năng lưu trữ: sau khi nhận dữ liệu từ LoRa về thông tin của bãi đậu

xe, máy tính sẽ tiến hành lưu các thông số như giờ gửi xe, giờ lấy xe, phí

đỗ xe ra file excel để quản lý có thể xem lại các thông tin đó

Hình 2-4: Phần lưu trữ dữ liệu của hệ thống.

Hình 2-5: Phần lưu trữ dữ liệu của hệ thống trên file excel.

 Chức năng gửi dữ liệu lên Internet: các thông tin về vị trí đậu xe nhưđang có xe hay đang trống sẽ được cập nhật lên web Người dùng có thểtruy cập vào để xem vị trí đó trống hay đã có xe đậu

Hình 2-6: Giao diện của hệ thống trên internet.

1.1.1.2 USB - UART

Hình 2-7: Hình ảnh thực tế của USB – UART [1]

 Chức năng: Kết nối và truyền dữ liệu LoRa với máy tính

Hình 2-8: Hình ảnh thực tế của LoRa E32-TTL-1W [2]

 LoRa là viết tắt của từ Long Range Radio Với công nghệ này, cho phéptruyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếchđại công suất cũng không cần các đường dây nối phức tạp và không cần sửdụng internet, từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền nhận dữliệu Công nghệ này phù hợp sử dụng cho những vùng nông thôn thưa thớthoặc những nơi mà Internet chưa phổ biến

 Chức năng: truyền và nhận dữ liệu không dây từ các trạm con về cho trạmchủ, sau đó thông qua USB - UART truyền vào máy tính

Bảng 2-1: Bảng sơ đồ chân và chức năng của các chân.

RXD Nhận tín hiệu từ vi điều khiển hoặc máy tính

TXD Truyền tín hiệu đến vi điều khiển hoặc máy tính

VCC Nối nguồn 2.8 – 5.5 V

GND Nối đất

 Các thông số kỹ thuật:

 Tần số: 410 – 441 MHz

 Công suất truyền: 1 W

 Khoảng cách truyền: tối đa 8km nếu không có vật cản

 Cổng giao tiếp: UART, USART

 Tốc độ truyền trong không khí: 2.4 kbps

 Nhiệt độ: -40 ~ 85 ºC

 Điện áp hoạt động: 2.8 – 5.5 VDC

 Dòng điện khi truyền tải: 670 mA

 Dòng điện khi nhận: 14.5 mA

 Nguyên lý hoạt động

 LoRa hoạt động ở 4 chế độ truyền dẫn:

Bảng 2-2: Các chế độ truyền nhận của LoRa.

0 1 UART và kênh truyền không dây được bật, ngoài

ra nó sẽ thêm 1 mã tự chọn tự động trước khitruyền gói dữ liệu để nó có thể đánh thức module

nhận hoạt động đang ở mode 2.

Mode 2

Power - saving 1 0

UART bị tắt Kênh truyền dẫn không dây hoạtđộng ở chế độ WOR (wake on radio) Nó sẽ mởUART và truyền dữ liệu sau khi nhận được dữ liệukhông dây

số giảm theo thời gian Việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụngup-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp sẽ được áp dụng cho dữ liệutrước khi truyền ra anten để gửi đi

 Nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác cần thiết củamạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ liệu Hơn nữa LoRakhông cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu Lora

có thể được nhận ở khoảng cách xa ngay cả khi độ mạnh tín hiệu thấphơn cả nhiễu môi trường xung quanh

1.1.2 Trạm con

Hình 2-9: Sơ đồ khối của trạm con

 Khối nguồn dùng để cung cấp nguồn điện cho các khối khác hoạt động

 Khối cảm biến xe xác định vị trí xe có trống hay không RFID để đếm thờigian đậu xe và xác nhận chủ xe

 Khối xử lý trung tâm thu thập và xử lý dữ liệu để hiển thị thông tin chokhách hàng lên LCD các thông tin như thời gian gửi, số tiền …và gửi về chotrạm chủ

 Khối LoRa gửi dữ liệu của các trạm con đi

1.1.1.4 Khối nguồn

 Chức năng: Lấy nguồn AC từ các nguồn cung cấp điện biến đổi thành dòng

DC 5V cung cấp cho các khối khác hoạt động

 Các linh kiện chính:

 LM2596-5 V:

Hình 2-10: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của LM2576 [3]

 Các linh kiện khác: Tụ điện 103, tụ 33 µF, điện trở 330 Ω, điện trở 10

KΩ, diode, LED đơn…

1.1.1.5 Khối xử lý trung tâm

 Chức năng: Thu nhận dữ liệu từ cảm biến, xử lý phân tích dữ liệu và xuất raLoRa để gửi về cho máy tính

 Linh kiện chính: PIC16F886

 PIC16F886 là vi điều khiển thuộc họ vi điều khiển 8 bit tầm trung, là một họ

vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology PIChay còn gọi là máy tính khả trình, dùng để điều khiển hoạt động của 1 hệthống nào đó

Hình 2-11: Hình ảnh sơ đồ chân của PIC16F886 [4]

Hình 2-12: Hình ảnh sơ thực tế của PIC16F886 [5]

 Các thông số kỹ thuật của PIC16F886:

 28 chân, trong đó chia thành 4 port A, B, C, E 1 chân cấp nguồn, 2chân GND, một chân để reset vi điều khiển

 CPU Speed (MIPS/DMIPS): 5

 Timer 0: 8-bit timer/counter with 8-bit prescaler.

 Timer 1: 16-bit timer/counter with prescaler

 Timer 2: 8-bit timer/counter with 8-bit period register

 1 bộ chuyển đổi ADC 10 bit 11 kênh

 2 bộ CCP (Capture/Compare/PWM)

 16 bit Capture, max resolution 12.5 ns

 16 bit Compare, max resolution 200 ns

 10 bit PWM, max frequency 20 KHz

 Kích thước bộ nhớ chương trình : 14 KB

 Điện áp hoạt động: 2 đến 5.5 V

 Nhiệt độ hoạt động: -40ºC đến 125ºC

 Tần số dao động nội có thể cấu hình được: 8 MHz đến 32 KHz

 A/D Converter: 10 bit phân giải và 11/14 kênh

Hình 2-13: Hình ảnh sơ đồ tổ chức bộ nhớ của PIC 16F886 [6]

 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2-14: Mạch nguyên lý khối xử lý trung tâm và khối nguồn.

 Sơ đồ mạch in: Khối xử lý trung tâm + khối nguồn

Hình 2-15: Mạch in khối vi điều khiển và khối nguồn.

Hình 2-16: Mạch thực tế khối nguồn và khối xử lý trung tâm.

1.1.1.6Khối cảm biến hồng ngoại xác nhận vật cản

 Chức năng: Nhận biết có xe hay không có xe đang đậu tại vị trí có gắn cảm biến,gửi về cho bộ xử lý trung tâm

 Các linh kiện chính:

 Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản DS30C4: Cảm biến hồng ngoại làmột thiết bị điện tử có khả năng thu, nhận biết được tín hiệu của tia hồngngoại Thông qua đó có thể có hay không vật cản ở phía trước Được ứngdụng trong các công nghệ chống trộm, các hệ thống đếm…

Hình 2-17: Hình ảnh thực tế của DS30C4.

 Nguyên lý hoạt động: Tất cả các đối tượng với nhiệt độ trên không độ tuyệt đối phát ra nhiệt năng lượng dưới dạng bức xạ Thường bức xạ này là vô hình đối với mắt người vì nó tỏa ở bước sóng hồng ngoại,

nhưng nó có thể được phát hiện bởi các thiết bị điện tử được thiết kế cho mục đích như vậy.

 Dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản.1.1.1.7Khối tính phí đậu xe- RFID

 Chức năng: Tính thời gian đỗ xe và xác nhận ID của người gửi xe

 Linh kiện chính: RFID AEC630

Hình 2-18: Hình ảnh thực tế của RFID AEC630.

 Radio Frequency Identification (RFID) là công nghệ nhận dạng đối tượngbằng sóng vô tuyến Hai thiết bị này hoạt động thu phát sóng điện từ cùngtần số với nhau Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID là125Khz hoặc 900MHz

 Cấu tạo: Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thànhphần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chiphay còn gọi là tag Thiết bị đọc được gắn antenna để thu - phát sóng điện

từ, thiết bị phát mã RFID tag được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết

bi RFID tag chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau

 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2-19: Hình ảnh nguyên lý hoạt động của RFID [6]

 Thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết

bị RFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này vàthu nhận năng lượng từ đó phát lại cho thiết bị RFID Reader biết mã sốcủa mình Từ đó thiết bị RFID reader nhận biết được tag nào đang trongvùng hoạt động

 Ứng dụng công nghệ này để kiểm soát được thời gian và xác nhận chủnhân của những chiếc xe đậu trong khu vực bãi đậu xe

Bảng 2-3: Sơ đồ chân của RFID AEC630.

P1/PIN Name P2/PIN Name

Hình 2-20: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của LCD 16x2 [7]

 Chức năng: Hiển thị thời gian đậu xe, hiển thị cài đặt ID ban đầu

 Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 5 V

+ Chữ đen, nền xanh lá

+ Có thể điều khiển được với 6 dây tín hiệu

+ Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng anh tiếng nhật

+ Màn hình có 2 dòng mỗi dòng hiển thị 16 ký tự

 Hoạt động của các chân:

Bảng 2-4: Hoạt động của các chân của LCD 16x2.

Chân Ký hiệu Mô tả Giá trị

R/W = 0 thanh ghi viết

6 E Enable R/W = 1 thanh ghi đọc

7 DB0

Chân truyền dữliệu

Hình 2-23: Hình ảnh thực tế của khối trạm con.

Hình 2-24: Hình ảnh thực tế của khối LoRa trạm chủ.

CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN

1.8 Hoạt động của hệ thống

 Khi cấp nguồn cho hệ thống, các khối sẽ chạy với các nhiệm vụ như sau:

 Cảm biến ở các vị trí sẽ nhận biết phía trước có hay không có vật cản,nếu có vật cản (là xe hơi) thì vi điều khiển chờ trong vòng 3 giây Trongvòng 3 giây đó nếu trạng thái của vật cản không thay đổi thì kết luận vịtrí đó đã có xe đỗ Sau đó bắt đầu đếm, nếu quá 5 giây mà không quẹt thẻcar in hệ thống sẽ phát ra tiếng chuông để nhắc nhở Sau khi quẹt thẻ car

in, trạm con lưu lại ID của thẻ và bắt đầu đếm thời gian gửi xe Mỗi lượtgửi xe sẽ có thời gian tối đa là 30 giây Sau 30 giây này nếu không ai lấy

xe sẽ đếm thời gian để tính thêm phí Sau khi có người tới quẹt thẻ carout để lấy xe thì trên màn hình LCD sẽ hiển thời gian đậu xe và số tiềncần thanh toán thêm ( nếu có) Bên cạnh đó, trạm con sẽ phát chuôngcảnh báo trong những trường hợp như sau:

Khi người dùng quẹt thẻ lấy xe nhưng trong 5 giây vẫn không lấy xera

Nếu quá 30 giây nhưng vẫn không có người tới lấy xe thì trạm con sẽphát chuông cảnh báo và đếm thời gian trễ

Nếu ID không đúng so với ban đầu, trạm con sẽ phát cảnh báo

 LoRa ở phía trạm chủ sau khi nhận được dữ liệu thì đưa vào máy tính,máy tính đọc dữ liệu rồi cho hiển thị lên giao diện của người dùng Xử lý

dữ liệu nhận được sau đó lưu ra file excel Tiếp đó, hệ thống sẽ gửi cácthông tin như vị trí trống, vị trí đã có xe đậu lên web để người dùng từ xa

có thể truy cập được Nếu không có dữ liệu gửi về thì giữ nguyên giaodiện trước nó

1.9 Lưu đồ giải thuật

Hình 3 1: Lưu đồ giải thuật của trạm chủ.

Hình 3-2: Lưu đồ giải thuật của trạm con.

 Lưu đồ giải thuật của trạm chủ:

 Khi có dữ liệu gửi về LoRa nhận và đưa vào máy tính

 Chuỗi dữ liệu nhận được bao gồm vị trí xe có sự thay đổi, và trạng thái của các vị trí đó Tách các chuỗi đó ra thành các phần riêng để hiển thị lên giao diện

 Sau khi tách dữ liệu và ID thì hiển thị dữ liệu lên giao diện

 Lưu đồ giải thuật của trạm con: