Luận văn thạc sĩ thiết kế bãi giữ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình

Những nội dung liên quan thực hiện trong đề tài này như: Lập trình điều khiển hệ thống khung nâng cất và lấy xe tự động, ứng dụng công nghệ thẻ từ RFID và nhận dạng biển số xe trong hệ t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH

Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG ĐĂNG ÂN

NGUYỄN LÊ HUY

Đà Nẵng, 2019

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế bãi giữ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình

Sinh viên thực hiện: Trương Đăng Ân Số thẻ SV: 101140130 Lớp 14CDT1

Đồ án Tốt nghiệp là một trong những học phần bắt buộc của sinh viên ngành Cơ Điện

Tử nói riêng cũng như sinh viên khối ngành kĩ thuật nói chung Để thiết kế hoàn chỉnh một cơ cấu, một cụm chi tiết máy hay một máy thì đòi hỏi sinh viên cần phải có hiểu biết

và nắm chắc các kiến thức về lĩnh vực cơ khí cũng như điện tử Đây là điều kiện thuận lợi cho nhóm tác giả được ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế

Cuộc sống gắn liền với sự tiện lợi, được sử dụng các dụng cụ, máy móc hiện đại Đối với các nước phát triển công nghệ tự động hóa được áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, những công việc thường được giúp đỡ bởi những máy móc hiện đại Bãi giữ

xe thông minh giải quyết được vấn đề các phương tiện giao thông, đăc biệt là xe ô tô gia tăng nhanh chóng

Đối với nước ta bãi giữ xe thông minh còn khá mới Trong tương lai, cùng với sự phát triển của đất nước thì việc di chuyển bằng xe ô tô ngày càng được sử dụng nhiều để thay thế cho xe gắn máy Bên cạnh đó, dân số tăng lên nhanh chóng ở các thành phố lớn làm quỹ đất ngày càng hạn chế Do vậy, bãi đỗ xe thông minh dạng trụ tròn sẽ là một lựa chọn hợp lí để thay thế các bãi giữ xe thông thường

Với những vẫn đề đặt ra ở trên, nhóm tác giả quyết định chọn đề tài tốt nghiệp

“Thiết kế bãi giữ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình” làm đề tài nghiên

cứu

DUT.LRCC

1 Trương Đăng Ân 101140130 14CDT1 Kỹ thuật cơ điện tử

2 Nguyễn Lê Huy 101140144 14CDT1 Kỹ thuật cơ điện tử

1 Tên đề tài đồ án:

THIẾT KẾ BÃI GIỮ XE THÔNG MINH DẠNG TRỤ TRÒN VÀ CHẾ TẠO MÔ

HÌNH

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài

Chương 2: Tính toán và thiết kế phần cơ khí

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 4: Kết luận

5 Các bản vẽ và đồ thị:

Bản vẽ sơ đồ động học : 1 A0

Bản vẽ mạch và thuật toán : 1 A0

Bản vẽ cụm chi tiết : 1 A0

Bản vẽ tổng thể mô hình : 1 A0

Bản vẽ khung mô hình : 1 A0

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển, bên cạnh sự phát triển về kinh tế thị trường, an ninh quốc phòng là sự phát triển mạnh mẽ và rộng lớn của nền khoa học kỹ thuật Các công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau nhờ đó ra đời để đáp ứng nhu cầu của xã hội để phù hợp với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước Hiện nay kĩ thuật cơ điện tử đang ngày càng áp dụng nhiều vào thực tiễn và được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường Đại học và Cao đẳng trong cả nước Trong đó trường Đại học Bách khoa - Đà Nẵng là một trong những trường lớn trong nước đầu tư phát triển lĩnh vực này cũng như ứng dụng của nó vào đời sống Với việc hoàn thành môn học kỹ thuật vi điều khiển, hệ thống cơ điện tử, đồ án hệ thống cơ điện tử thì chúng tôi cũng có sự chuẩn bị tốt nhất để bắt tay vào đồ án tốt nghiệp Nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Phước Vinh, cũng như sự chia sẻ kiến thức của các bạn các anh chị và nhiều thầy cô khác, nhóm đã bắt tay vào việc nghiên cứu và thực hiện đề tài “ Thiết kế bãi giữ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình ”

Do khả năng tiếp thu kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn nên đồ án của nhóm không thể tránh khỏi những sai sót về hình thức cũng như nội dung, rất mong nhận được góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ trong thời gian thực hiện đồ án

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án này là chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS Đặng Phước Vinh

Mọi tham khảo trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Tác giả

DUT.LRCC

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đồ án 1

1.2 Mục tiêu của đồ án 1

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nhiệm vụ của đồ án 2

1.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động 3

1.5.1 Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động 3

1.5.2 Phân tích và lựa chọn phương án 5

1.6 Nhiệm vụ của luận văn 6

1.6.1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động bãi giữ xe ô tô tự động 6

1.6.2 Các vấn đề cần giải quyết: 6

1.6.3 Phương hướng giải quyết 6

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 8

2.1 Sơ đồ động học 8

2.2 Tính toán và thiết kế cụm chi tiết bàn xoay 10

2.2.1 Thiết kế cơ khí 10

2.2.2 Tính chọn động cơ 10

2.3 Tính toán và thiết kế cụm chi tiết nâng hạ xe: 11

2.3.1 Thiết kế cơ khí: 11

2.3.2 Tính chọn động cơ: 12

DUT.LRCC

2.4.1 Thiết kế cơ khí: 13

2.4.2 Tính chọn động cơ: 14

2.5 Thiết kế mô hình 14

2.6 Mô hình thực tế 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 17

3.1 Sơ đồ tổng quát 17

3.2 Tổng quan về phần mềm và thiết bị sử dụng 18

3.2.1 RFID 18

3.2.2 Arduino: 19

3.2.3 Mạch điều khiển 22

3.2.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 24

3.2.5 Cảm biến tiệm cận (cảm biến từ) 26

3.2.6 Công tắc hành trình 27

3.2.7 Phần mềm Visual Studio 28

3.3 Sơ đồ mạch điện 35

3.4 Chương trình điều khiển 36

3.4.1 Xử lí ảnh 36

3.4.2 Lập trình Arduino và cơ sở dữ liệu Access 41

3.4.3 Thiết kế giao diện người dùng 42

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 47

4.1 Kết quả đạt được 47

4.2 Hạn chế: 47

4.3 Hướng phát triển đề tài: 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DUT.LRCC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1 Nguyên lý nhận diện màu sắc

Hình 1.1 Giải pháp bãi giữ xe ô tô dạng xe di chuyển vòng quanh tòa nhà Hình 1.2 Giải pháp bãi giữ xe ô tô xếp chồng

Hình 1.3 Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông

Hình 1.4 Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà dạng hình trụ

Hình 2.1 Sơ đồ động bàn xoay

Hình 2.2 Sơ đồ động cơ cấu nâng hạ

Hình 2.3 Sơ đồ động cơ cấu cất/lấy

Hình 2.4 Cụm chi tiết bàn xoay

Hình 2.5 Động cơ gạt nước điện một chiều 12V-50W

Hình 2.6 Các kích thước cơ bản cụm chi tiết tang cuốn cáp

Hình 2.7 Tang cuốn cáp

Hình 2.8 Động cơ điện một chiều JGB37-550

Hình 2.9 Cụm chi tiết gửi và lấy xe

Hình 2.10 Động cơ điện một chiều có hộp giảm tốc

Hình 2.11 Các kích thước cơ bản của khung mô hình

Hình 2.12 Mô hình tổng thể được thiết kế trên Solidworks

Hình 2.13 Mô hình tổng thể thực tế

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát các thiết bị kết nối với máy tính

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID

Hình 3.3 Arduino Nano

Hình 3.4 Nguyên lí hoạt động chung của bo mạch Arduino

Hình 3.5 Module điều khiển L298

DUT.LRCC

Hình 3.17 Thêm thư viện

Hình 3.18 Thêm Windows Form, Class, User Control, Compoment Hình 3.19 Kết nối với cơ sở dữ liệu

Hình 3.20 Kết nối với file cơ sở dữ liệu

Hình 3.21 Sơ đồ nối dây

Hình 3.22 Lưu đồ thuật toán

Hình 3.23 Ảnh gốc

Hình 3.24 Ảnh nhị phân

Hình 3.25 Ảnh nhị phân sau khi khử nhiễu

Hình 3.26 Ảnh sau khi làm nhoè

Hình 3.32 Giao diện camera

Hình 3.33 Giao diện biển sô, vị trí

Hình 3.34 Giao diện trạng thái bãi đỗ xe

Hình 3.35 Giao diện thông tin dữ liệu xe ra vào

Hình 3.36 Giao hiện toàn bộ hệ thống

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đồ án

Cùng với sự phát triển của một nền kinh tế năng động đòi hỏi một nền kỹ thuật công nghệ cũng phải phát triển, đáp ứng kịp thời và đầy đủ những nhu cầu cần thiết của sự phát triển đó Điều này được thể hiện qua thực trạng tình hình phương tiện giao thông ở nước ta, “Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải quan, nhập khẩu ô tô nguyên chiếc vào Việt Nam: Trong tháng 1 năm 2017 số ô tô

nhập vào nước ta là 5,43 nghìn chiếc, trị giá 97,8 triệu USD Chứng tỏ tình hình

số lượng xe ô tô ở nước ta tăng khá nhanh Từ những số liệu trên đòi hỏi những yếu

tố cơ sở hạ tầng phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là vấn đề về bãi đậu

xe Một trong những phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn đó, việc ứng dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ sở

hạ tầng rất cần thiết Cụ thể hơn, cần xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính an toàn được đặt lên hàng đầu Đồng thời, những bãi đậu

xe như vậy cần phải đáp ứng vừa mang tính kinh tế, vừa phù hợp với thực tiễn như tiết kiệm quỹ đất xây dựng, tính cảnh quan,… Mặc dù trên thế giới, nhiều bãi đậu xe

có kỹ thuật cao và hiện đại đã được đưa vào ứng dụng trong thực tế Tuy nhiên, với mong muốn đưa ý tưởng từ những kiến thức đã học vào trong thực tế giải quyết khó khăn này, nhóm đã quyết định nghiên cứu và thi công đề tài: “Thiết kế bãi đổ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình”

1.2 Mục tiêu của đồ án

Mô hình bãi giữ xe ô tô tự động được thiết kế và thi công hoàn toàn dựa trên những kỹ thuật tự động và yêu cầu của thực tế đặt ra Mô hình là một thể thống nhất giữa những kiến thức đã học về điều khiển tự động và ứng dụng thực tế của chúng Những nội dung liên quan thực hiện trong đề tài này như: Lập trình điều khiển hệ thống khung nâng cất và lấy xe tự động, ứng dụng công nghệ thẻ từ RFID và nhận dạng biển số xe trong hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển thông qua phần mềm Visual Studio,… Đây là một đề tài bao gồm những kiến thức điều khiển tự động hết sức quan trọng trong việc ứng dụng trong công nghiệp và trong các lĩnh vực khác Và quan trọng hơn, trong đề tài này là việc ứng dụng một

DUT.LRCC

cách hiệu quả những chức năng cũng như những đặt tính vượt trội của vi điều khiển, những thiết bị bảo mật bằng thẻ từ, nhận dạng biển số xe,… Không chỉ mang tính học thuật từ việc ứng dụng những kiến thức, cũng như vận dụng những thiết bị tự động vào đề tài, đề tài mang một tầm quan trọng rất cao khi đưa ra một hướng giải quyết có tính khả thi với tình hình số lượng phương tiện giao thông gia tăng như hiện nay, đặc biệt là ô tô

Như vậy, sự thành công của đề tài là một điều hết sức quan trọng Đây là đề tài mang tính ứng dụng cao về mặt kỹ thuật, đồng thời còn mang tính kinh tế trong tiết kiệm quỹ đất cũng như vốn đầu tư xây dựng các bãi giữ xe trong các thành phố lớn

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu thành công đề tài mang lại nhiều ý nghĩa sâu sắc Bất kỳ một ứng dụng hay thử nghiệm nào cũng dựa trên những cơ sở lý thuyết khoa học hay một giả định khoa học Đề tài cho thấy vi điều khiển có thể vận dụng một cách chính xác và hoàn hảo chẳng hạn từ Arduino có thể lập trình điều khiển khung nâng và xoay hoạt động một cách tinh tế Ngoài ra, đề tài còn cho người sử dụng thấy được tính tự động hóa cao trong kỹ thuật thông qua công nghệ quét thẻ từ, kết hợp nhận dạng biển số

xe, hay đến việc giám sát hoạt động của hệ thống thông qua máy vi tính

Về mặt thực tiễn, đề tài là một mô hình thực tế nhằm đưa ra hướng giải quyết tình trạng thiếu bãi đỗ xe tại các trung tâm kinh tế ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Đồng thời, quá trình thực hiện đề tài là một quá trình trải nghiệm thực tế hết sức bổ ích Thông qua quá trình làm đề tài, khả năng lập trình với Arduino được hoàn thiện hơn, hiểu sâu hơn về giao tiếp với máy tính…

1.4 Nhiệm vụ của đồ án

Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động trên thế giới để lựa chọn phù hợp với đặc tính kinh tế, quỹ đất xây dựng, kỹ thuật công nghệ của Việt Nam Từ

đó, lựa chọn phương án thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động Chính

từ sự thành công và tính khả thi trên mô hình để các nhà đầu tư phát triển các dự án xây dựng công trình thực tế

DUT.LRCC

1.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động

1.5.1 Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động

1.5.1.1 Giải pháp bãi giữ xe ô tô người lái xe di chuyển vòng quanh tòa nhà hình trụ

Một nhà gửi xe nhiều tầng với các đường dốc để khách tự lái xe vào và ra khỏi khu gửi xe Mức độ tự động hóa không cao thường chỉ gồm các máy bán vé và hệ thống đóng, mở cổng tự động Giải pháp này tuy phổ biến nhưng chưa thỏa đáng lắm

về mặt sử dụng không gian, cũng như đối với một số yêu cầu khác an toàn cho xe và người, ô nhiễm vì khói thải từ ôtô

Hình 1.1: Giải pháp bãi giữ xe ô tô dạng xe di chuyển vòng quanh tòa nhà 1.5.1.2 Giải pháp bãi giữ xe ô tô xếp chồng

+ Ưu điểm: hệ thống gọn nhẹ, dễ vận chuyển, lắp đặt nhanh

+ Nhược điểm: Sử dụng hệ thống thủy lực hoặc động cơ để nâng tối đa bốn ôtô xếp cạnh nhau lên một tầm cao, để dành chỗ cho những xe khác ở bên dưới Tuy nhiên, giải pháp này có hiệu quả kinh tế không cao, chỉ phù hợp với qui mô nhỏ: một hoặc vài hộ gia đình Ngoài ra, chưa có tối ưu hóa tính tự động

DUT.LRCC

Hình 1.2: Giải pháp bãi giữ xe ô tô xếp chồng 1.5.1.3 Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông

Hình 1.3: Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà vuông

Ưu điểm: Chiếm ít diện tích đất xây dựng, chi phí xây dựng và kỹ thuật công nghệ không đòi hỏi quá lớn Số lượng xe nhiều, tối ưu hóa số lượng chỗ để xe do xây dựng các tầng đối xứng Các xe phải hoàn toàn tắt máy nên không ô nhiễm khói bụi Nhược điểm: So với dạng tòa nhà hình trụ thì số lượng xe ít hơn, do chỉ có một pallet đảm nhiệm lấy và cất nên không tối ưu về thời gian

DUT.LRCC

1.5.1.4 Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ

Hình 1.4: Giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động tòa nhà dạng hình trụ

+ Ưu điểm: diện tích lớn, số lượng xe nhiều, các pallet hoạt động lên xuống và theo các góc nhất định giảm thiểu thời gian lấy và gửi xe, xe hoàn toàn tắt máy nên không gây ô nhiễm khói bụi

+ Nhược điểm: Để có số lượng chỗ để xe nhiều cần phải xây dựng tòa nhà thật sự rộng và cao Ngoài ra, yếu tố kinh tế, và đòi hỏi về kỹ thuật công nghệ cao để xây dựng cũng gặp nhiều khó khăn

1.5.2 Phân tích và lựa chọn phương án

Qua phân tích ưu và nhược điểm các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động, nhóm

đã chọn phương án theo các tiêu chí sau: Quỹ đất xây dựng nơi các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng không nhiều, phù hợp với kinh phí xây dựng các tòa nhà, cũng như cơ sở vật chất kỹ thuật công nghệ Do đó, nhóm

đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Thiết kế bãi giữ xe thông minh dạng trụ tròn và chế tạo mô hình”

DUT.LRCC

Tuy nhiên, trong phạm vi thực hiện đề tài có những hạn chế về mặt cơ khí, nên chỉ thiết kế một pallet nâng hạ

1.6 Nhiệm vụ của luận văn

1.6.1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động bãi giữ xe ô tô tự động

Bãi giữ xe ô tô tự động hoạt động tốt về mặt tự động hóa:

Gửi xe: Hành khách muốn gửi xe, lái xe vào vị trí đỗ xe của bãi giữ xe, tắt máy và

ra ngoài Lúc này, nhân viên quản lý ấn chụp ảnh, quét thẻ từ và giao cho khách hàng Thời điểm quét thẻ xong, hệ thống tự động:

Hệ thống sẽ quét và chọn vị trí trống gần nhất để giữ xe, tín hiệu sẽ gửi về Arduino và điều khiển khung nâng đến vị trí đã chọn

Lấy xe: Hành khách muốn lấy xe, đưa thẻ cho nhân viên bãi giữ xe để quét Quét thẻ xong, hệ thống tự động:

Di chuyển khung nâng đến vị trí tương ứng với vị trí mà mã thẻ đã lưu trong cơ

sở dữ liệu và lấy xe xuống Khách hàng kiểm tra xe và nhân viên quản lý tính tiền rồi cho khách lấy xe

1.6.2 Các vấn đề cần giải quyết:

+ Điều khiển vị trí chính xác

+ Thiết kế mô hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế

+ Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe

+ Xây dựng thuật toán hệ thống ổn định, an toàn và tiết kiệm năng lượng

+ Tạo giao diện Visual Studio tối ưu dễ dàng giám sát, quản lý hệ thống

+ Khắc phục sự cố khách hàng làm mất thẻ từ

1.6.3 Phương hướng giải quyết

+ Điều khiển vị trí điểm dừng chính xác bằng cách sử dụng các cảm biến tiệm cận, cảm biến màu sắc và công tắc hành trình

+ Thiết kế mô hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế: Tiến hành tìm hiểu cách thiết kế phần cơ khí của các bãi giữ xe ô tô xếp tầng trong và ngoài nước Sau đó, tự thiết kế lại phần cơ khí của mình cho tối ưu và có hiệu quả kinh tế

DUT.LRCC

+ Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe:

Khi xe vào, camera chụp hình và nhận dạng biển số xe, nhân viên sẽ quét thẻ

từ RFID rồi đưa thẻ cho khách Như vậy xe sẽ được gán mã UID cùng với biển số xe

để sắp xếp một vị trí nhất định chứa xe trong bãi Mã UID, biển số xe, vị trí, giờ vào được lưu vào cơ sở dữ liệu MS Access

Khi khách muốn lấy xe ra thì chỉ cần đưa thẻ từ cho nhân viên để nhân viên quét thẻ, mã UID dùng để xác định vị trí ô cần lấy xe và kích hoạt chương trình lấy xe ra

+ Xây dựng thuật toán để hệ thống ổn định, an toàn, tiết kiệm năng lượng

+ Ổn định, an toàn:

Viết thuật toán theo kiểu trình tự, tức là hoạt động này chạy xong thì hoạt động khác mới làm việc

Khi có lỗi xảy ra, lập tức dừng hệ thống

+ Tiết kiệm năng lượng: Thiết lập chế độ ưu tiên chọn vị trí trống gần nhất Từ đó lập trình thuật toán để hệ thống hoạt động với hành trình ngắn nhất, tốn ít năng lượng nhất

+ Tạo giao diện Visual Studio tối ưu dễ dàng giám sát, quản lý hệ thống:

+ Lưu trữ dữ liệu trên cơ sở dữ liệu MS Access phục vụ cho việc quản lý + Khắc phục sự cố khách hàng làm mất thẻ từ: Khi khách hàng mất thẻ từ, việc lấy xe bằng việc quét thẻ không thực hiện được Như vậy, hành khách muốn lấy được

xe buộc phải chứng minh có xe mình được gửi trong bãi bằng các giấy tờ tùy thân

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

2.1 Sơ đồ động học

Động cơ 1 (động cơ thường sử dụng để gạt nước trong các xe ô tô) là động cơ có gắn

bộ truyền trục vít bánh vít, có momen xoắn lớn dùng để quay toàn bộ cả cơ cấu

Động cơ 3 là động cơ điện một chiều, thông qua pulley và dây đai giúp bàn trượt đưa

Động cơ 3 khi hoạt động thông qua dây đai làm bàn trượt chuyển động tịnh tiến đưa

xe ra vào Nhờ vào công tắc hành trình được bố trí ở đầu và cuối bàn nâng, động cơ sẽ dừng chính xác khi kết thúc hành trình

Vậy, khi nhận lệnh điều khiển từ bộ điều khiển, các động cơ sẽ hoạt động theo các bước đã lập trình để đưa xe đến vị trí cần thiết

(mm/s)

DUT.LRCC

2.2 Tính toán và thiết kế cụm chi tiết bàn xoay

2.2.1 Thiết kế cơ khí

Động cơ gạt nước được gắn với tâm bàn xoay thông qua nối trục, khi động

cơ hoạt động bàn xoay chuyển động xoay tròn quanh trục nhôm định hình cố định

Hình 2.4 Cụm chi tiết bàn xoay 2.2.2 Tính chọn động cơ

Cụm chi tiết bàn xoay có nhiệm vụ xoay toàn bộ cơ cấu nên trong việc lựa chọn động cơ cần loại động cơ có momen xoắn lớn

Lựa chọn động cơ gạt kính trong các xe ô tô, loại động cơ điện một chiều với điện áp hoạt động 12V và công suất 50W có bộ truyền trục vít bánh vít bên trong đáp ứng được các yêu cầu về kĩ thuật

DUT.LRCC

Hình 2.5 Động cơ gạt nước điện một chiều 12V-50W

Thông số của động cơ:

Hình 2.7 Tang cuốn cáp 2.3.2 Tính chọn động cơ

Lựa chọn loại động cơ có hộp giảm tốc, momen xoắn lớn

Hình 2.8 Động cơ điện một chiều JGB37-550

DUT.LRCC

Thông số của động cơ:

Vận tốc của tang cuốn : 56mm/s

2.4 Tính toán và thiết kế cụm chi tiết gửi và lấy xe

2.4.2 Tính chọn động cơ

Lựa chọn loại động cơ có hộp giảm tốc, momen xoắn lớn

Hình 2.10 Động cơ điện một chiều có hộp giảm tốc

Thông số của động cơ:

Khung mô hình có các kích thước cơ bản được thể hiện ở Hình 2.11

Mô hình tổng thể được thiết kế trên phần mềm Solidworks được thể hiện ở Hình 2.12

DUT.LRCC

Hình 2.11 Các kích thước cơ bản của khung mô hình

Hình 2.12 Mô hình tổng thể được thiết kế trên Solidworks

2.6 Mô hình thực tế

Mô hình sau khi thi công xong có chiều cao 1200mm, đường kính ngoài 800mm, khung mô hình sử dụng thép hộp 20mm×20mm độ dày 1mm và được cố định bằng các mối hàn hồ quang điện

Hình 2.13 Mô hình tổng thể thực tế

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1 Sơ đồ tổng quát

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát các thiết bị kết nối với máy tính

Máy tính sử dụng phần mềm Visual Studio (C#) để tạo ra giao diện điều khiển, đọc dữ liệu thẻ từ qua module RFID thông qua Arduino Đồng thời, máy tính đọc dữ liệu từ Camera thông qua cổng USB và tiến hành nhận dạng biển số xe Arduino điều khiển động cơ thông qua tín hiệu vị trí gửi từ Visual Studio để gửi và lấy xe Cơ sở

dữ liệu lưu thông tin trong MS Access

Cơ sở dữ liệu Access

Visual Studio

Mạch đọc RFID

Thẻ RFID

DUT.LRCC

3.2 Tổng quan về phần mềm và thiết bị sử dụng

3.2.1 RFID

Công nghệ thẻ từ cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không cần tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa Công nghệ này cho ta phương pháp truyền nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Các thành phần cơ bản của hệ thống thẻ từ:

Tag: là thành phần không thể thiếu trong hệ thống, còn gọi là thẻ từ

Reader: là thành phần bắt buộc trong hệ thống, bên ngoài còn gọi là bộ phận đọc thẻ từ

Reader anten: cũng là thành phần bắt buộc của hệ thống, và ngày nay thì bộ phận này tích hợp sẵn trong bộ reader

Ngoài ra, còn có các bộ phận quan trọng trong hệ thống như: mạch điều khiển, các thiết bị truyền thông…

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống thẻ từ bị động làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip Các chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader Và nguyên lý hoạt động được thể hiện ở sơ đồ:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID

DUT.LRCC

Module Reader RFID RC522: Có khả năng đọc được các thẻ (Tag) ở tần số 125 kHz và giao tiếp với hệ thống ngoài thông qua Arduino

Thẻ từ (Tag) 125 kHz: Sử dụng cùng với bộ đọc RFID RC522 là các thẻ (Tag)

125 kHz

3.2.2 Arduino

3.2.2.1 Giới thiệu sơ lược

Arduino là bo mạch vi điều khiển mạch đơn được sử dụng để làm thiết bị điện tử cho

các dự án đa lĩnh vực theo cách tiếp cận dễ dàng đối với người sử dụng Phần cứng bao gồm một bảng mạch điện tử phần cứng dạng nguồn mở được thiết lập từ bộ vi xử lý 8-bit Atmel AVR , hoặc 32-bit Atmel ARM Phần mềm cho phần cứng này bao gồm một trình biên dịch ngôn ngữ lập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiện các lệnh trên bộ vi điều khiển

Các bảng mạch Arduino có thể được mua trước khi lắp ráp hoặc bộ dụng cụ tự mình làm DIY Thông tin thiết kế phần cứng có sẵn cho những người muốn tự tay lắp ráp một bảng mạch Arduino

3.2.2.2 Cấu tạo

* Phần cứng

Một bảng mạch Arduino bao gồm một bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và các thành phần bổ sung để tạo điều kiện lập trình và tích hợp cách mạch điện khác với bảng mạch Arduino Một khía cạnh quan trọng của Arduino dựa trên tiêu chuẩn kết nối thống nhất, cho bo mạch CPU được kết nối với một loạt mô-đun chuyển đổi tiện ích bổ sung được gọi là shield (bộ chắn) Một số shield giao tiếp bo mạch Arduino trực tiếp từ các chân nối khác nhau, nhưng shield được định địa chỉ riêng biệt thông qua bus kết nối nối tiếp I2C, cho phép shield được xếp chồng lên nhau và được sử dụng song song nhau Arduino chuẩn sử dụng megaAVR là tổ chợp chip, đặc biệt là ATmega8, Atmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560 Một số ít các bộ vi xử lý khác đã được sử dụng tương thích chuẩn Arduino Hầu hết bo mạch bao gồm một bộ điều áp tuyến tính 5V và một bộ dao động tinh thể 16 MHz (hoặc cộng hưởng gốm trong một số biến thể dao động), mặc dù một số thiết kế như LilyPad chạy ở 8 MHz và chia sẻ bộ điều áp trên

DUT.LRCC

bo mạch do hạn chế thông số định dạng thể Bộ vi điều khiển của Arduino cũng được lập trình trước nhờ một bộ nạp khởi động theo cách đơn giản là tải lên các chương trình vào

bộ nhớ flash trên chip, so với các thiết bị khác thường cần một lập trình viên bên ngoài

hỗ trợ khi sử dụng

Ở cấp độ khái niệm, khi sử dụng xếp chồng phần mềm Arduino, tất cả bo mạch được lập trình nhờ kết nối nối tiếp RS-232, nhưng cách này được thực hiện khác nhau theo từng phiên bản của phần cứng Bảng mạch Arduino nối tiếp chứa một mạch dịch cấp để chuyển đổi giữa tín hiệu cấp RS 232 và cấp TTL Bảng mạch Arduino hiện nay được lập trình thông qua cổng USB, cài đặt này sử dụng chip chuyển đổi USB sang nối tiếp như FTDI FT232 Một số biến thể, chẳng hạn như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một bảng mạch có thể tháo rời chuyển đổi USB sang nối tiếp hoặc cáp, Bluetooth hoặc các phương pháp khác Khi được sử dụng với các công cụ vi điều khiển truyền thống thay vì Arduino IDE, lập trình AVR ISP chuẩn phải được sử dụng

Bảng mạch Arduino luôn cho thấy hầu hết các chân nối I/O pins của vi điều khiển để

sử dụng bởi các mạch khác Các Diecimila, Duemilanove và Uno hiện tại cung cấp 14 chân I/O số, sáu trong số đó có thể tạo tiến hiệu điều biến độ rộng xung, và sáu đầu vào tương tự Các chân nằm ở mặt trên bo mạch, thông qua đầu chân cái 0.10-inch (2,5 mm) Một số shield ứng dụng nhúng plug-in cũng đã có ở dạng thương mại

Bo mạch Arduino Nano và Bare Bones tương thích Arduino có thể cung cấp các chân cắm đực ở mặt dưới của bo mạch để kết nối các bo mạch khác không cần hàn

Hình 3.3 Arduino Nano

DUT.LRCC

* Phần mềm

Môi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp ráp Nó được thiết kế để làm nhập môn lập trình cho các nhà lập trình và những người mới sử dụng khác không quen thuộc với phát triển phần mềm Nó bao gồm một trình soạn thảo

mã với các tính năng như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngặc khối chương trình, và thụt đầu dòng tự động, và cũng có khả năng biên dịch và tải lên các chương trình vào bo mạch với một nhấp chuột duy nhất Một chương trình hoặc mã viết cho Arduino được gọi là

"sketch"

Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++ Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/đầu ra phổ biến trở nên dễ dàng hơn nhiều Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ:

Setup() : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập

Loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi

Khi các bạn bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽ được gọi đến đầu tiên Sau khi xử lý xong hàm Setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàm Loop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi bạn tắt điện bo mạch Arduino Chu trình

đó có thể mô tả trong hình dưới đây:

Hình 3.4 Nguyên lí hoạt động chung của bo mạch Arduino

DUT.LRCC

3.2.3 Mạch điều khiển

3.2.3.1 Giới thiệu sơ lược

Như đã đề cập ở phần trước, nhóm tác giả sử dụng 3 động cơ điện một chiều với điện áp hoạt động 12V

Động cơ một chiều DC là động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói

dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều Đầu dây ra của động cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp đất - GND)

DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục

3.2.3.2 Mạch điều khiển động cơ

Sử dụng 2 module điều khiển L298 để điều khiển 3 động cơ điện một chiều với điện áp 12V

Hình 3.5 Module điều khiển L298

Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp <12VDC)

DUT.LRCC

Thông số kĩ thuật:

+ IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver

+ Điện áp đầu vào: 5~30V DC

+ Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện × điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất cố định 25W)

+ Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

+ Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

+ Kích thước: 43×43×27mm

3.2.3.4 Sơ đồ đấu dây

Hình 3.6 Sơ đồ đấu dây điều khiển động cơ

DUT.LRCC

Mỗi tầng trong mô hình có 6 ô để xe, dùng cảm biến TCS3200 để xác định chính xác các vị trí bàn xoay muốn đến

3.2.4.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến

Thông số kỹ thuật

+ Điện áp cung cấp: (2.7V đến 5.5V)

+ Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao

+ Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

+ Điện năng tiêu thụ thấp Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển

DUT.LRCC

Nguyên lý hoạt động của cảm biến:

Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như Hình 3.8:

Hình 3.8 Cấu tạo cảm biến màu sắc

+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8×8 gồm các photodiode Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ (Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear) Tất

cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau, và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc khác nhau Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng

và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3 :

Bảng 3.1 Nguyên lý nhận diện màu sắc

3.2.5 Cảm biến tiệm cận (cảm biến từ)

3.2.5.1 Giới thiệu sơ lược

Hình 3.9 Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors ) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm

Trong mô hình có 4 tầng, mỗi tầng sẽ được xác định bằng cách gắn các miếng đồng, cảm biến tiệm cận khi bắt gặp các miếng đồng sẽ gửi thông tin về vi điều khiển xử lý và động cơ sẽ kéo tang cuốn cáp tới vị trí đã được lập trình sẵn

3.2.5.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến

Thông số kỹ thuật:

+ Phát hiện: Kim loại

+ Điện áp vào: 6V-36V (Hoạt động tốt ở 10V-24V)

+ Màu nâu : VCC

+ Màu xanh dương : GND

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lí cảm biến tiệm cận

Ở trạng thái có điện thì chân OUT sẽ ở mức cao Khi phát hiện kim loại thì chân tín hiệu OUT sẽ xuống mức thấp

Công tắc hành trình trước tiên là công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện,

và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do

đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác

Trong mô hình, module được đặt ở đầu và cuối hành trình trên cơ cấu cất/lấy xe Khi công tắc hành trình bị tác động sẽ gửi tín hiệu về vi điều khiển xử lý và điều khiển động

cơ hoạt động theo yêu cầu

3.2.6.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến

Thông số kỹ thuật

+ Điện áp vào: 3V-12V

+ Đầu ra: VCC, GND chân nguồn

OUT chân tín hiệu thấp hoặc cao

Nguyên lý hoạt động: Khi vật thể chạm vào công tắc hành trình thì OUT sẽ lên mức

1, ngược lại khi không có vật thể chạm vào thì tín hiệu là mức 0

3.2.7 Phần mềm Visual Studio

3.2.7.1 Giới thiệu sơ lược

Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web Visual Studio sử dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight

Visual Studio bao gồm một trình soạn thảo mã hỗ trợ IntelliSense cũng như cải tiến

mã nguồn Trình gỡ lỗi tích hợp hoạt động cả về trình gỡ lỗi mức độ mã nguồn và gỡ lỗi mức độ máy Công cụ tích hợp khác bao gồm một mẫu thiết kế các hình thức xây dựng giao diện ứng dụng, thiết kế web, thiết kế lớp và thiết kế giản đồ cơ sở dữ liệu Nó chấp nhận các plug-in nâng cao các chức năng ở hầu hết các cấp bao gồm thêm hỗ trợ cho các hệ thống quản lý phiên bản (như Subversion) và bổ sung thêm bộ công cụ mới

DUT.LRCC

như biên tập và thiết kế trực quan cho các miền ngôn ngữ cụ thể hoặc bộ công cụ dành cho các khía cạnh khác trong quy trình phát triển phần mềm

Visual Studio hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau và cho phép trình biên tập

mã và gỡ lỗi để hỗ trợ (mức độ khác nhau) hầu như mọi ngôn ngữ lập trình Các ngôn ngữ tích hợp gồm có C, C++ và C++/CLI (thông qua Visual C++), VB.NET (thông qua Visual Basic.NET), C# (thông qua Visual C#) và F# (như của Visual Studio 2010)

Hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như J++/J#, Python và Ruby thông qua dịch vụ cài đặt riêng rẽ Nó cũng hỗ trợ XML/XSLT, HTML/XHTML, JavaScript và CSS

3.2.7.2 Giao diện của phần mềm

+ Khởi động Visual Studio 2013:

Hình 3.12 Giao diện khi khởi động của phần mềm Visual Studio 2013

DUT.LRCC

+ Màu vàng: (Output) Đây là cửa sổ hiển thị các thông tin, trạng thái của Solution khi build hoặc của chương trình khi debug

+ Màu đen (Toolbar) với các công cụ hỗ trợ người dùng trong việc viết mã và debug (các công cụ trên thanh có thể thay đổi khi bắt đầu debug)

+ Màu xanh lá cây (Thanh menu) với đầy đủ các danh mục chứa các chức năng của VS.Khi người dùng cài thêm những trình cắm hỗ trợ VS (ví dụ như Visual Assist), thanh menu này sẽ cập nhật thêm menu của các trình cắm (nếu có)

DUT.LRCC