Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe thông minh

Một trong những đột phá trong các chiến lược phát triển kinh tế xã hội hiện nay là xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng đồng bộ, với một số công trình hiện đại, tập trung vào hệ thốn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GVHD: NGUYỄN MINH TÂM SVTH: TRẦN HOÀNG ĐỨC LƯƠNG MSSV: 15151049

SVTH: NGUYỄN THÀNH NGUYÊN MSSV: 15151056

SKL 0 0 6 9 0 3

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

BÃI GIỮ XE THÔNG MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Ngành : CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GVHD : PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

- Nội dung Đồ án đầy đủ, ở mức khá

- Phương pháp nghiên cứu phù hợp

- Đồ án có tham khảo từ các nguồn khác, có trích dẫn đầy đủ

2 Ưu điểm:

- Tính ứng dụng cao

3 Khuyết điểm:

- Giảỉ pháp đưa ra không có tính mới

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

- Được bảo vệ nhưng cần chỉnh sửa ít

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Giảng viên phản biện

Ngoài ra, nhóm em cũng muốn cảm ơn các thầy cô trong Khoa Đào tạo Chất lượng cao trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Xin cảm ơn tất cả các bạn thành viên trong lớp 15151CL1, những người đồng hành và gắn bó với nhóm trong suốt 4 năm học, đã có những góp ý và giúp đỡ tụi mình trong những thời điểm khó khăn khi làm đề tài

Cuối cùng, nhóm em xin cảm ơn giáo viên phản biện và các thầy cô trong hội đồng bảo vệ luận văn đã dành thời gian nhận xét, đánh giá và giúp đỡ nhóm em trong quá trình bảo vệ luận văn

Đồ án này sẽ không được hoàn thành tốt đẹp nếu không có sự giúp đỡ đó của tất

cả mọi người Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2019 Nhóm sinh viên thực hiện

Trần Hoàng Đức Lương – Nguyễn Thành Nguyên

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam có những vấn đề mới nảy sinh và một trong số đó là sự mất cân bằng về mặt cơ sở hạ tầng giao thông đô thị Hệ thống giao thông dày đặc, nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân như xe ô tô ngày càng nhiều Trong khi đó, diện tích đất ngày càng hạn hẹp, các bãi gửi xe hiện có không đủ đáp ứng nhu cầu gửi xe của người dân Hình ảnh các xe ô tô đỗ xe trên các vỉa hè hoặc lòng được xuất hiện thường xuyên hơn Điều đó dẫn đến sự mất mỹ quan đô thị và gây rối loạn trật tự

an toàn giao thông Thấy được vấn đề đó, nước ta cũng ngày càng thể hiện sự ưu tiên trong các chính sách xây dựng cơ sở hạ tầng Một trong những đột phá trong các chiến lược phát triển kinh tế xã hội hiện nay là xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng đồng bộ, với một số công trình hiện đại, tập trung vào hệ thống giao thông và hạ tầng đô thị Nhằm góp phần vào thực hiện chính sách đó cùng với mong muốn chung tay giải quyết các vấn

đề hiện tại và áp dụng những kiến thức đã học được vào thực tế, nhóm em đã quyết định

nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe thông minh” này

Đồ án này gồm có mô hình hệ thống giữ xe tự động được điều khiển bằng PLC hoạt động chính xác và ổn định Ứng dụng công nghệ RFID để quẹt thẻ tăng tính bảo mật cho hệ thống và có thuật toán tối ưu vị trí gửi xe nhằm rút ngắn thời gian gửi xe cho khách hàng Ngoài ra còn có hệ thống giám sát và thu thập thông tin trên màn hình giao diện Wincc và Web Server Hệ thống cũng có một camera để chụp hình biển số xe và lưu trữ dữ liệu biển số xe đó để sử dụng tìm ra vị trí xe cho khách hàng khi mà họ bị mất thẻ xe Bên cạnh đó, hệ thống cũng có chế độ điều khiển bằng tay để giúp lấy xe khách hàng ra khỏi bãi xe trong trường hợp bị mất thẻ xe và có thể giải quyết vấn đề khác khi

hệ thống có lỗi không mong đợi

MỤC LỤC

Chương 1: 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Phạm vi nghiên cứu 1

1.5 Nội dung đề tài 1

Chương 2: 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động phổ biến trên thị trường 3

2.1.1 Bãi đỗ xe truyền thống 3

2.1.2 Bãi đỗ xe dạng khách hàng sẽ tự lái quanh tòa nhà 3

2.1.3 Bãi đỗ xe ô tô dạng xoay vòng 4

2.1.4 Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ tròn 4

2.1.5 Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình vuông 5

2.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài 6

2.2.1 Giới thiệu công nghệ RFID 6

2.2.2 Ngôn ngữ lập trình C# và NET Framework 7

2.2.3 Thư việt S7.NET 7

2.2.4 Thư viện xử lý ảnh Emgu CV 7

2.2.5 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 8

2.2.6 Khái niệm về HTLM và AWP 8

2.2.7 Các chuẩn truyền dữ liệu 8

2.2.8 Giới thiệu một số phần mềm lập trình 10

2.2.9 Giới thiệu một số phần cứng được sử dụng trong đề tài 12

Chương 3: 20

LỰA CHỌN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 20

3.1 Yêu cầu chung của hệ thống 20

3.2 Sơ đồ kết nối tổng quan 20

3.3 Hoạt động của hệ thống 21

3.4 Thiết kế phần cứng 21

3.4.1 Chọn giải pháp gửi xe ô tô tự động 21

3.4.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động 23

3.4.3 Lựa chọn thiết bị 27

3.5 Thiết kế phần điện điều khiển 42

3.5.1 Sơ đồ kết nối module RFID với Arduino 42

3.5.2 Sơ đồ kết nối PLC 43

3.5.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển 43

3.6 Lập trình điều khiển 44

Chương 4: 61

THI CÔNG HỆ THỐNG 61

4.1 Phần cứng 61

4.2 Phần mềm 64

4.2.1 Chương trình Arduino đọc thẻ RFID 64

4.2.2 Chương trình tối ưu vị trí gửi xe 65

4.2.3 Giao diện giám sát và điều khiển trên WINCC 67

4.2.4 Giao diện giám sát và điều khiển trên Web Server 70

4.2.5 Giao diện giám sát và điều khiển bên C# 70

Chương 5: 72

KẾT QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP 72

5.1 Kết quả đạt được 72

5.2 Phân tích và so sánh 81

5.3 Tổng kết 82

Chương 6: 83

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83

6.1 Kết luận 83

6.2 Hướng phát triển 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VAMA: Vietnam Automobile Manufacturers Association

RFID: Radio Frequency Identification

UID: Unique Identification

PIC: Programmable Intelligent Computer

PLC: Programmable Logic Controller

FB: Function Block

FC: Function

OB: Oganization block

LAD: Ladder Logic

FBD: Function Block Diagram

STL: Statement List

IDE: Integrated Development Environment

TIA Portal: Total Integrated Automation Portal

OpenCV: Open Source Computer Vision

VB: visual basic

SQL: Structured Query Language

USB: Universal Serial Bus

SPI: Serial Peripheral Interface

SCK: Serial Clock

MISO: Master Input Slave Output

MOSI: Master Output Slave Input

SS: Slave Select

NC: Normally Closed

NO: Normally Open

WC: Website camera

HTML: HyperText Markup Language

AWP: Automation Web Programming

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: So sánh bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3

Bảng 3.3: Kết nối Arduino với module RFID MFRC522

-

Bảng 4.1: Danh sách các thiết bị

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Bãi đỗ xe truyền thống

Hình 2.2: Bãi đỗ xe dạng truyền thống có nhiều tầng

Hình 2.3: Bãi đỗ xe ô tô tự động hình trụ tròn

Hình 2.4: Bãi đỗ xe dạng xoay vòng

Hình 2.5: Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng hình vuông

Hình 2.6: Công nghệ RFID

Hình 2.7: Phần mềm Microsoft Visual Studio 2015

Hình 2.8: Phần mềm SQL Server 2014 Management Studio

Hình 2.9: Phần mềm TIA Portal V15

Hình 2.10: Phần mềm Arduino IDE

Hình 2.11: Cấu trúc PLC

Hình 2.12: Một số loại PLC thông dụng

Hình 2.13: Một số loại Arduino thông dụng

Hình 2.14: Một số loại cảm biến quang thông dụng

Hình 2.15: Một số loại công tắc hành trình phổ biến

Hình 2.16: Một số loại động cơ bước phổ biến

Hình 2.17: Động cơ điện một chiều

Hình 2.18: Relay điện tử 5VDC

Hình 2.19: Relay trung gian 24VDC 8 chân

Hình 2.20: Solid State Relay

Hình 2.21a: Nguyên lý hoạt động của relay

Hình 2.21b: Nguyên lý hoạt động của relay

Hình 2.22: Webcam Logitech C270 HD 720P

-

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan của hệ thống

Hình 3.2: So sánh diện tích bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Hình 3.3: So sánh kết cấu bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Hình 3.4: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt

Hình 3.5: Truyền động đai

Hình 3.6: Cấu tạo của bộ truyền động xích

Hình 3.7: Bộ truyền xích trong xe máy

Hình 3.8: Ray trượt vuông

Hình 3.15: Ổ bi LM8UU (con trượt)

Hình 3.16: Bạc đạn đỡ trục KLF08

Hình 3.17: Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản E3F-DS10C4

Hình 3.18: Webcam Logitech C270 720p

Hình 3.19: Động cơ bước NEMA size 57

Hình 3.20: Mạch driver động cơ bước TB6600

Hình 3.21: Mạch driver động cơ bước A4988

Hình 3.22: Mạch driver điều khiển động cơ bước DRV8825

Hình 3.28: Mica Trung Quốc 5mm

Hình 3.29: Các khối 3D được thiết kế trên Solidworks

Hình 3.30: Mô hình hoàn thiện thiết kế trên Solidworks

Hình 3.31: Sơ đồ kết nối module RFID với Arduino

Hình 3.32: Sơ đồ kết nối PLC

Hình 3.33: Mạch đảo chiều động cơ điện 1 chiều

Hình 3.34: Mạch đấu dây cho driver và động cơ bước

Hình 3.35: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ở chế độ điều khiển bằng tay

Hình 3.36: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ở chế độ điều khiển tự động

Hình 3.37: Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí gửi xe

Hình 3.38: Sơ đồ giải thuật nhận dạng và xử lý biển số xe

Hình 3.39: Giải thuật sơ đồ điều khiển PLC

Hình 3.40: Sơ đồ mối quan hệ giữa FB, FC và OB1

Hình 3.53: Thiết kế phần mềm giám sát trên WINCC

Hình 3.54a: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

Hình 3.54b: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

Hình 3.54c: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

Hình 3.54d: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

Hình 3.54e: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

Hình 3.54f: Các bước để kết nối và sử dụng Web Server

-

Hình 4.1: Cơ cấu tay nâng ra vào

Hình 4.2: Cơ cấu tay nâng lên xuống

Hình 4.3: Mô hình tổng quan của hệ thống

Hình 4.4: Mô hình hoàn chỉnh của hệ thống

Hình 4.5: Bảng điện của hệ thống

Hình 4.6: Chương trình đọc thẻ RFID

Hình 4.7: Cơ sở dữ liệu SQL Server ban đầu

Hình 4.8: Chương trình tối ưu vị trí gửi xe

Hình 4.9: Giao diện chính màn hình giám sát trên WinCC

Hình 4.10: Giao diện giám sát và điều khiển trên WinCC

Hình 4.11: Bảng điều khiển của hệ thống giám sát trên WinCC

Hình 4.12: Nút Mannual trong màn hình điều khiển và giám sát trên WinCC

Hình 4.13: Giao diện giám sát và điều khiển hệ thống trên Webserver

Hình 4.14: Màn hình điều khiển và giám sát C# Winforms

-

Hình 5.1: Chương trình C# khi hệ thống bắt đầu hoạt động

Hình 5.2: Màn hình giám sát WINCC ở trạng thái ban đầu

Hình 5.3: Web Server ở trạng thái ban đầu

Hình 5.4: Quẹt thẻ

Hình 5.5: Chương trình C# sau khi gửi xe thứ nhất vào

Hình 5.6: Màn hình WINCC sau khi gửi xe đầu tiên

Hình 5.7: Web Server sau khi gửi xe đầu tiên

Hình 5.8: Chương trình C# sau khi gửi xe thứ 2

Hình 5.9: Màn hình WinCC sau khi gửi xe thứ 2

Hình 5.10: Web Server sau khi gửi xe thứ 2

Hình 5.11: Chương trình C# sau khi gửi xe thứ 3

Hình 5.12: Cơ sở dữ liệu khi ban đầu

Hình 5.13: Màn hình WinCC sau khi gửi xe thứ 3

Hình 5.14: Web Server sau khi gửi xe thứ 3

Hình 5.15: Chương trình C# sau khi lấy xe số 2

Hình 5.16: Màn hình WinCC sau khi lấy xe số 2 ra

Hình 5.17: Web Server sau khi xe số 2 được lấy ra ngoài

Hình 5.18: Chương trình C# sau khi gửi xe mới vào vị trí số 2

Hình 5.19: Cơ sở dữ liệu lúc sau

Chương 1:

TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Theo báo cáo bán hàng của VAMA (Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô Việt Nam) trong tháng 5/2019, doanh số bán hàng của thị trường đạt 27.373 xe, tăng 30% so với tháng 4/2019, tăng 18% so với tháng 5/2018 Trong đó doanh số xe du lịch tăng 36%

so với tháng trước Sản lượng của xe lắp ráp trong nước là 15.162 xe và số lượng xe nhập khẩu nguyên chiếc là 12.211 xe, tăng lần lượt là 8% và 75% so với tháng 4/2019 Điều đó cho thấy nhu cầu mua ô tô của người Việt Nam vẫn còn rất lớn và chưa có dấu hiệu giảm nhiệt Đó là bởi vì xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại, kinh doanh của người dân cũng tăng lên Ngoài ra, sự ra đời của nhà sản xuất ô tô Việt Nam Vinfast với các dòng nổi tiếng như Vinfast LUX và Fadil cũng sẽ hứa hẹn làm tăng sự tiêu thụ ô tô của nước nhà Tuy nhiên, đi cùng với sự phát triển đó là những vấn đề nãy sinh về sự quá tải trong việc đáp ứng nhu cầu gửi xe của người dân Nhiều phương tiện còn phải sử dụng vỉa hè, lòng đường để đỗ xe Điều đó gây nên sự cản trở giao thông, gây nên hiện tượng kẹt xe, tắc đường thường xuyên nhất là vào những giờ cao điểm Ngoài ra nó cũng làm mất mỹ quan đô thị, an toàn trật tự cho người dân bản địa Để giải quyết được vấn đề đặt ra thì việc xây dựng các bãi giữ xe thông minh là hoàn toàn thiết yếu Những hệ thống đỗ xe ô tô tự động như vậy sẽ được ứng dụng các tiến bộ về khoa học kỹ thuật để vừa có thể đáp ứng được nhu cầu to lớn của người dân, vừa mang vẻ đẹp kiến trúc, làm phong phú thêm cảnh quan đô thị của thành phố

1.2 Mục tiêu

Thiết kế và thi công được một hệ thống bãi giữ xe ô tô mang tính tự động cao điều khiển bằng PLC và các thiết bị tự động khác như cảm biến, công tắc hành trình, động cơ bước Ứng dụng được công nghệ RFID kết hợp xử lý ảnh nhận dạng biển số

xe, xây dựng được các phần mềm quản lý giám sát để tăng tính thông minh cho hệ thống

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm em muốn hướng đến giải pháp gửi xe tối ưu diện tích

sử dụng nhất phù hợp với các thành phố lớn ở Việt Nam Giải pháp được nghiên cứu

để tiết kiệm diện tích đất sử dụng, nâng cao chất lượng gửi xe và giảm thời gian gửi

xe cho khách hàng

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung gồm có: nhu cầu

về bãi giữ xe hiện nay, phân tích và chọn ra giải pháp thiết kế phù hợp, nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống và giao tiếp giữa các thiết bị sử dụng

1.5 Nội dung đề tài

• Chương 1: Tổng quan

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết

• Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống

• Chương 4: Thi công hệ thống

• Chương 5: Kết quả so sánh, thực nghiệm, phân tích, tổng hợp

• Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Cụ thể như sau:

• Chương 1: Tổng quan

Trình bày vấn đề và lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Phân tích ưu nhược điểm của các bãi giữ xe hiện có trên thị trường Trình bày một

số lý thuyết liên quan để có thể thực hiện đề tài

• Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống

Trình bày các sơ đồ khối, bản thiết kế mô hình và nguyên lý hoạt động của hệ thống Phân tích lý do tại sao lại chọn phương án thiết kế bãi giữ xe dạng hình tháp trụ và các lựa chọn linh kiện phù hợp với đề tài

• Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày quá trình thực hiện mô hình phần cứng và các bước để có thể hoàn thành hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động

• Chương 5: Kết quả so sánh, thực nghiệm, phân tích, tổng hợp

Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm Phân tích, đánh giá và so sánh với mục tiêu ban đầu đặt ra

• Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

bày những điểm mạnh và những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa ra các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phân tích các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động phổ biến trên thị trường 2.1.1 Bãi đỗ xe truyền thống

Tất cả những gì bãi đỗ xe này cần chỉ là một bãi đất trống và một số nhân viên quản lý, bán vé và ghi lại biển số xe của khách hàng

• Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư thấp

- Chi phí vận hành thấp

- Hệ thống vận hành đơn giản

• Nhược điểm:

- Không có tính tự động cao

- Số lượng chỗ giữ xe ít hơn so với các bãi giữ xe nhiều tầng cùng diện tích

- Cần phải có một diện tích đất khá lớn

Hình 2.1: Bãi đỗ xe truyền thống 2.1.2 Bãi đỗ xe dạng khách hàng sẽ tự lái quanh tòa nhà

Giải pháp giữ xe này cơ bản cũng giống như bãi đỗ xe truyền thống nhưng có một điểm khác là được xây dựng thành một tòa nhà có nhiều tầng hơn Khách hàng

sẽ tự lái xe vào chỗ gửi xe qua những đường vòng được thiết kế cho xe di chuyển Bãi đỗ xe dạng này có hình ảnh như hình 2.2

• Ưu điểm:

- Có nhiều chỗ giữ xe hơn so với bãi giữ xe truyền thống Tuy nhiên vẫn chưa tối ưu lắm về mặt sử dụng không gian gửi xe

• Nhược điểm:

- Do khách hàng tự lái xe vào chỗ gửi xe nên tính an toàn chưa cao cũng như là

lượng khí thải từ xe ô tô chưa được cắt giảm nhiều

Hình 2.2: Bãi đỗ xe dạng truyền thống có nhiều tầng 2.1.3 Bãi đỗ xe ô tô dạng xoay vòng

Hệ thống bãi đỗ xe thông minh này được thiết kế giúp các xe được gửi xoay vòng Khi lấy xe luân phiên, hệ thống có thể quay hai chiều giúp lấy xe nhanh hơn Bãi đỗ

xe dạng này có hình ảnh như hình 2.4

• Ưu điểm:

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp

- Thời gian cất và lấy xe nhanh chóng

- Hệ thống gọn nhẹ, lắp đặt nhanh

• Nhược điểm:

- Chỉ phù hợp với những không gian nhỏ

- Số lượng chỗ đỗ xe nhỏ

2.1.4 Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ tròn

Trong hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động này, xe sẽ được cất giữ ở xung quanh hình trụ tròn Do đó tăng được số lượng chỗ gửi xe cho hệ thống Bãi đỗ xe dạng này

có hình ảnh như hình 2.3

• Ưu điểm:

- Có sức chứa số lượng xe lớn hơn so với những bãi đỗ xe ô tô tự động khác

- Thời gian lấy xe nhanh, tính tự động cao

- Tính thẩm mỹ của hệ thống cao, làm tăng mỹ quan đô thị của thành phố hiện đại

- Cắt giảm được một lượng khí thải của xe vì hệ thống hoạt động khi xe đã tắt máy góp phần bảo vệ môi trường

• Nhược điểm:

- Vấn đề về chi phí đầu tư và yêu cầu về kỹ thuật công nghệ cao

Hình 2.3: Bãi đỗ xe ô tô tự động hình trụ tròn

Hình 2.4: Bãi đỗ xe dạng xoay vòng 2.1.5 Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình vuông

Trong hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động này, xe sẽ được cất giữ ở các vị trí 2 bên của bãi

• Ưu điểm:

- Thời gian cất và lấy xe nhanh chóng

- Tính thẩm mỹ khá cao, có thể lắp đặt ngầm dưới lòng đất

- Sử dụng tốt ở những nơi có diện tích đất hẹp

• Nhược điểm:

- Giá đầu tư cao

Hình 2.5: Bãi đỗ xe ô tô tự động dạng hình vuông 2.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài

2.2.1 Giới thiệu công nghệ RFID

Là một công nghệ nhận dạng qua tần số vô tuyến, dùng kết nối sóng vô tuyến

để tự động xác định và theo dõi các thẻ nhận dạng gắn vào vật thể Trong đề tài thì đối tượng cần theo dõi là các thẻ từ chứa thông tin được lưu trữ bằng chip điện tử Các thẻ từ này sẽ nhận năng lượng phát ra từ thiết bị đọc RFID (reader) và dùng năng lượng này để gửi ra lại mã thông tin của thẻ qua sóng mang Từ đó thiết bị RFID reader sẽ nhận biết được mã thông tin của thẻ từ đó Mỗi loại thiết bị RFID reader sẽ chỉ phát ra một sóng điện từ với tần số nhất định để kiểm tra được thẻ nào phù hợp với dải tần số hoạt động Quá trình phát ra năng lượng và thu lại tín hiệu sóng điện từ được diễn ra nhờ các antenna Mỗi thẻ từ chứa một mã thẻ nhất định và không trùng lặp nhau, hay còn được nhắc đến với tên gọi là UID (Unique Identifier) Với module RFID RC522 được sử dụng trong hệ thống thì tầm hoạt động cỡ vài centimet Ngoài

ra ở ngoài thị trường có những loại thẻ từ mà module đọc thẻ từ với tần số khác nhau

có thể truyền nhận lên đến vài trăm mét Ưu điểm của công nghệ này là không sử dụng tia sáng như công nghệ mã vạch và có thể đọc và nhận dạng thông tin được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần tiếp xúc vật lý Hơn nữa, các bộ phận đọc thẻ từ RFID có thể đọc được thông tin từ các thẻ thậm chí xuyên qua các môi trường, vật liệu như: bê tông, tuyết, sương mù, sơn và các môi trường thách thức khác mà công nghệ mã vạch và các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả

Hình 2.6: Công nghệ RFID 2.2.2 Ngôn ngữ lập trình C# và NET Framework

C# là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi Microsoft, dựa trên C++ và Java Được giới chuyên môn nhận định là một ngôn ngữ lập trình đơn giản, hiện đại, hướng đến nhiều mục đích sử dụng Ngoài ra, tính mạnh mẽ, sự bền bỉ và năng suất của việc lập trình cũng là một điểm mạnh của ngôn ngữ này

.NET Framework là một nền tảng có thể sử dụng với ngôn ngữ NET như C#

để phát triển các trang web động (ASP.NET), các ứng dụng cho Windows, Windows Phone Nó dược tổ chức thành tập hợp các namespace, nhóm các class có cùng chức năng lại với nhau, ví dụ như System.Drawing cho đồ họa, System.Collections cho cấu trúc dữ liệu và System.Windows.Forms cho hệ thống Windows Forms

2.2.3 Thư việt S7.NET

Là một thư viện mà trong đề tài này nhóm em dùng để kết nối phần mềm lập trình Visual Studio với PLC thông qua cổng Ethernet Thư viện này tương thích với

đa số các dòng PLC Siemen và được viết hoàn toàn bằng C# Trước khi thao tác thì

ta phải mở kết nối và sau đó là ngắt kết nối nó đi, ta có thể sử dụng hàm Open() và hàm Close() cho hai thao tác này Nhóm em thường thao tác với việc Set hoặc Reset

1 biến trong PLC và đọc trạng thái tín hiệu biến nào đó trong PLC về lại Visual Studio

2.2.4 Thư viện xử lý ảnh Emgu CV

Emgu CV là một thư viện xử lý hình ảnh, thị giác máy tính dành riêng cho ngôn ngữ C# Cho phép gọi các hàm chức năng của thư viện xử lý ảnh OpenCV Nó tương thích với các ngôn ngữ như C#, VB, VC++ và Python

Có thể được Visual Studio, Xamarin Studio và Unity biên dịch, nó có thể chạy trên Windows, Linux, Mac OS X, iOS, Điện thoại Android và Windows

2.2.5 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server

SQL Server hay Microsoft SQL Server là hệ quản trị cơ sở dữ liệu tự do được

sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau SQL Server có ưu điểm là tốc độ

xử lý và tính bảo mật cao, ổn định và dễ sử dụng Do đó nó rất thích hợp cho các ứng dụng có truy cập cơ sở dữ liệu trên internet Đối tượng làm việc của SQL Server là các bảng gồm các hàng và cột

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu hiện nay gồm có Oracle, MySQL, SQL Server nhưng trong đó Oracle không phổ biến bằng 2 hệ còn lại Ta sẽ phân tích về MySQL và SQL Server Về cơ bản, MySQL và SQL Server đều tương tự nhau, có cùng chức năng mặc dù cách thức sử dụng có thể khác nhau Tuy nhiên để sử dụng trên Windows và hoạt động với NET Framework thì SQL là sự lựa chọn tốt hơn và được khuyên dùng hơn Trong khi đó MySQL thì hoạt động tốt hơn trên Linux hoặc để lưu trữ dữ liệu trên các ứng dụng web Vì ứng dụng lưu trữ thông tin khách hàng của đồ án ở quy

mô nhỏ nên nhóm em quyết định chọn SQL Server Để C# có thể thao tác được với SQL server thì cần phải có một công cụ trực quan để làm việc Ở đây nhóm em sử dụng SQL Server 2014 Management Studio

2.2.6 Khái niệm về HTLM và AWP

a HTML là gì?

HTML (Hyper Text Makeup Language) là ngôn ngữ lập trình web đơn giản

Ta có thể lập trình HTML thông qua các thẻ và nội dung dạng text Mỗi thẻ bao quanh một đối tượng và thuộc tính của các đối tượng này có thể được quyết định bởi các thẻ Ta có thể sử dụng các chương trình soạn thảo văn bản bất kỳ như Word hoặc Notepad++ để tạo file html một cách rất đơn giản Trong đồ án này, nhóm em sử dụng Notepad++ để lập trình HTML vì phần mềm này có thể phân chia bố cục rõ ràng cho các thành phần trong code do đó có thể giúp ta quản lý chương trình đang viết tốt hơn File HTML sau khi lập trình xong được gọi là một trang web

b AWP là gì?

AWP (Automation Web Programming) là ngôn ngữ web do Siemens phát triển cho các dòng PLC được tích hợp tính năng Webserver Nhờ AWP, ta có thể truy cập dữ liệu trên PLC một cách dễ dàng bởi vì PLC có thể biên dịch và hiểu được nó Bản chất của AWP là các dòng ghi chú trong trang HTML AWP bao gồm 3 tác vụ cơ bản

là đọc giá trị từ PLC (Read), ghi giá trị xuống PLC (Write) và thay thế giá trị dạng số bằng dạng văn bản (Enum)

2.2.7 Các chuẩn truyền dữ liệu

a Chuẩn giao tiếp USB (Universal Serial Bus)

Là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính Các thiết bị ngoại vi được kết nối với máy tính thông qua cổng USB Trong đề tài này cụ thể là Arduino được kết nối với máy tính thông qua cáp USB Sau khi kết nối để Arduino có thể làm việc được với máy tính thì ta cần cài các driver cho máy tính Một trong những số đó

là CH341SER, driver này có tác dụng là sẽ quét các cổng giao tiếp với máy tính, trong

đó có Arduino Đối với các máy tính cài đặt Windows 7 đôi khi sẽ gặp lỗi là khi cắm Arduino vào rồi nhưng máy tính không nhận kết nối Khi đó thì CH314SER sẽ thực

sự hữu ích

Một trong những đặc trưng của cáp USB là nó có 2 sợi nguồn (+5V và dây chung GND) Với sợi nguồn này máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA ở điện áp 5VDC Việc này đồng nghĩa với việc khi cắm Arduino vào máy tính qua cáp USB thì

ta đã cấp nguồn cho Arduino rồi và không cần một nguồn độc lập nào khác Ngoài ra thì các thiết bị USB có đặc tính nóng, nghĩa là các thiết bị được cắm vào và rút ra trong mọi thời điểm tùy thích mà không cần phải khởi động lại hệ thống

b Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface)

Là một chuẩn truyền thông đồng bộ nối tiếp để truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần (full-duplex), nghĩa là trong cùng một thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận, nhằm đảm bảo sự liên hợp giữa các vi điều khiển và thiết bị ngoại vi một cách đơn giản Giao thức truyền thông này theo kiểu Master – Slave Trong luận văn này thì chuẩn giao tiếp SPI được thể hiện qua kết nối giữa module RFID RC522 với vi điều khiển Arduino, trong đó Arduino đóng vai trò là master và module RFID RC522 đóng vai trò là Slave SPI đôi khi được gọi là truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này, đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave input) và SS (Slave Select) Trong đó:

- SCK hay SCLK: Xung đồng hồ có tác dụng giữ nhịp cho giao tiếp SPI Xung này được tạo ra từ Arduino Vai trò của nó là rất quan trọng vì nó giúp cho quá trình truyền ít bị lỗi và tốc độ truyền có thể đạt rất cao

- MOSI hay SI: Cổng ra của bên Master, cổng vào của bên Slave Chân này có tác dụng truyền dữ liệu từ Master đến Slave

- MISO hay SO: Cổng vào của bên Master, cổng ra của bên Slave Chân này có tác dụng truyền dữ liệu từ Slave đến Master

- SS hay CS: Dùng để chọn Slave cần giao tiếp Khi không hoạt động thì chân

SS này ở mức cao Nếu Master kéo chân SS của Slave nào xuống mức thấp thì Slave

đó sẽ được giao tiếp với Master

- Về cách thức hoạt động thì cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên SCK thì một bit trong thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời môt bit trong thanh ghi của Slave được truyền qua Master trên đường MISO Do quá trình gửi qua lại đồng thời nên nó được gọi là truyền dữ liệu “song công”

c Chuẩn giao tiếp Ethernet

Ethernet là một công nghệ mạng cục bộ nhằm giao tiếp truyền thông tin giữa các máy tính Trong luận văn này thì cáp Ethernet được dùng để kết nối giữa máy tính và PLC S7-1200 nhằm truyền nhận thông tin giữa hai thiết bị này Ethernet sử

dụng cáp xoắn đôi và các liên kết sợi quang học giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu hơn

so với phiên bản trước đó của nó là sử dụng cáp đồng trục

2.2.8 Giới thiệu một số phần mềm lập trình

Microsoft Visual Studio

Đây là 1 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 Trong luận văn, Visual Studio được sử dụng

để lập trình để giao tiếp giữa Arduino, máy tính và PLC Có rất nhiều ngôn ngữ để cho bạn có thể lập trình trên môi trường này gồm có C, C++, C#, Visual Basic, Java

và Python Ngoài ra cũng có rất nhiều ứng dụng mà bạn có thể xây dựng ở đây như Windows Forms Designer, Web designer hoặc là Mapping designer Microsoft cung cấp phiên bản “Express” đối với phiên bản Visual Studio từ 2013 trở về trước và

“Community” đối với bản Visual Studio từ 2015 trở về sau Đây là phiên bản miễn phí của Visual Studio và cũng là phiên bản được sử dụng trong luận văn này

Hình 2.7: Phần mềm Microsoft Visual Studio 2015 SQL Server 2014 Management Studio

Là một công cụ để ta có thể truy cập đến cơ sở dữ liệu SQL Server Nó có một giao diện được thiết kế trực quan, dễ sử dụng Nhờ đó ta có thể thêm, xóa hoặc sửa đổi các thông tin về mã thẻ, khách hàng, thời gian gửi xe và nhiều thông tin khác trong cơ sở dữ liệu SQL Server 2014 Management Studio đã được tích hợp sẵn trình soạn thảo trực quan SQL, điều đó có nghĩa là ta có thể sử dụng ngôn ngữ SQL lập trình trực tiếp trên SQL Server 2014 Management Studio để thực hiện các thao tác như truy vấn dữ liệu, thêm, xóa dữ liệu hoặc sửa đổi các hàng, cột trong cơ sở dữ liệu của chúng ta

Hình 2.8: Phần mềm SQL Server 2014 Management Studio

TIA Portal (Total Integrated Automation Portal)

Đây là phần mềm đã được tích hợp tất cả các phần mềm cấu hình, lập trình cho các hệ tự động hóa và truyền động điện như PLC, HMI, Inverter của Siemens Trong phạm vi luận văn, TIA Portal được sử dụng để lập trình điều khiển PLC S7-

1200 và thiết kế màn hình giao diện thu thập thông tin và giám sát hệ thống bãi giữ

xe ô tô tự động Phần mềm này có một ưu điểm rất lớn là đã tích hợp tất cả trong một giao diện tạo nên sự nhất quán trong quá trình làm việc Tuy nhiên nó cũng có một nhược điểm là vì tích hợp nhiều thứ nên dẫn đến dung lượng phần mềm lớn, yêu cầu cấu hình máy phải cao

Hình 2.9: Phần mềm TIA Portal V15

Arduino IDE

Đây là một phần mềm được dùng để lập trình cho vi điều khiển Arduino được viết bằng Java mà ta có thể dễ dàng biên dịch (compile) và gửi chương trình (upload) lên board mạch Arduino chỉ bằng 1 cú nhấp chuột Một chương trình được viết cho Arduino được gọi là một sketch Ta có thể viết chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++ Khi lập trình thì ta cần lưu ý đến 2 hàm để tạo ra một chương trình hoàn chỉnh có thể chạy được Đó là:

- Setup(): Hàm này để thiết lập các cài đặt, chỉ chạy mỗi khi khởi động một chương trình

- loop(): Hàm này được lặp đi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch Nó giống như while (true) trong C/C++ hoặc giống như khối hàm OB1 trong PLC Siemens vậy

Ưu điểm của Arduino là một nền tảng mã nguồn mở Nó có một cộng đồng rất lớn trên thế giới nên sự hỗ trợ từ cộng đồng Arduino là cực kỳ hữu ích Ở Việt Nam cũng có một cộng đồng Arduino rất lớn đó là arduino.vn

Hình 2.10: Phần mềm Arduino IDE 2.2.9 Giới thiệu một số phần cứng được sử dụng trong đề tài

• PLC (Programmable Logic Controller)

Là một bộ điều khiển Logic có thể lập trình được Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản) và nhiều nhà sản xuất khác nữa Để lập trình cho PLC thì có các ngôn ngữ lập trình là LAD (Ladder Logic – dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram – Khối chức năng), STL (Statement List – liệt kê lệnh), được ưa chuộng nhất có lẽ đó là LAD vì

nó đơn giản và dễ hiểu PLC sẽ nhận các tín hiệu ở ngõ vào và dựa vào các thuật toán

điều khiển do người dùng lập trình bên trong PLC để xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra có tác dụng điều khiển các thiết bị khác

Cấu trúc bên trong PLC được thể hiện trong hình 2.11 gồm có :

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, dùng để xử lý các thuật toán

- Các module tín hiệu vào ra

PLC được cấu trúc thành các module nên dễ dàng thay thế, mở rộng khi có nhu cầu Ngoài ra PLC còn có khả năng chống nhiễu tốt, là sự lựa chọn hàng đầu trong môi trường công nghiệp

Hình 2.11: Cấu trúc PLC

Ứng dụng:

- PLC được ứng dụng nhiều để điều khiển máy bơm, lò nhiệt, động cơ trong các

hệ thống băng tải, thang máy hoặc các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp

Hình 2.12: Một số loại PLC thông dụng

• Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý được thiết kế trên nền tảng AVR Atmel 8 bit hoặc ARM Atmel 32 bit Arduino thường được trang bị một cổng USB, các chân input analog và digital để tương tác với các thiết bị khác Arduino là một giải pháp lập trình dễ dàng, được coi là rẻ tiền cho những người yêu thích lập trình có thể tương tác với môi trường qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành để tạo được nhiều ứng dụng trong cuộc sống Về phần cứng, Arduino thường sử dụng các dòng chip megaAVR, ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560 Hiện tại thì có các dòng Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduin Nano, Arduino Due và Arduino Leonardo Arduino là một nền tảng phần cứng mã nguồn mở, tuy nhiên nhiều nhà phát triển ứng dụng bằng Arduino cũng có phát hành thương mại các sản phẩm tương thích với Arduino nhưng lấy cái tên là ‘-duino’

Hình 2.13: Một số loại Arduino thông dụng

• Cảm biến quang

Cảm biến quang điện được tạo thành từ các linh kiện quang điện Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu điện tạo ra là nhờ hiện tượng phát xạ điện tử biến đổi từ tín hiệu quang, từ đó cảm biến sẽ tác động ngõ ra để đưa tín hiệu đó vào PLC

Cảm biến quang được phân loại như sau:

- Cảm biến quang thu phát

- Cảm biến quang phản xạ gương

- Cảm biến quang khuếch tán

Cấu trúc của cảm biến quang gồm 3 thành phần chính:

- Bộ phát sáng

- Bộ thu sáng

- Mạch xử lý tín hiệu ra

Ứng dụng của nó là dùng để phát hiện các vật thể từ xa ví dụ như phát hiện xe

đã có trong bãi giữ xe chưa hoặc là kiểm tra thử vật đã được đi qua trong băng chuyền hay chưa Cảm biến quang được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng tự động hóa

Hình 2.14: Một số loại cảm biến quang thông dụng

• Công tắc hành trình

Như tên gọi của nó, công tắc hành trình dùng để giới hạn hành trình của các

bộ phận chuyển động Công tắc hành trình hoạt động giống như công tắc điện nhưng

là loại không duy trì trạng thái, khi không còn tác động sẽ trở về vị trí ban đầu Nó

có cấu tạo gồm 1 cần tác động, chân COM, chân thường đóng (NC – Normally Closed), chân thường hở (NO – Normally Open) Khi cần sử dụng ứng dụng thường hở thì ta sẽ sử dụng chân COM và chân NO Khi có tác động từ cần tác động thì mạch điện sẽ được đóng lại, khi cần tác động nhả ra thì mạch điện sẽ hở lại bình thường Hoạt động tương tự cho chân NC

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại công tắc hành trình và được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, nhất là trong các ứng dụng tự động hóa như trên các dây chuyền sản xuất, băng tải và các ứng dụng đóng ngắt tự động

Hình 2.15: Một số loại công tắc hành trình phổ biến

• Động cơ bước

Là một loại động cơ điện đồng bộ biến đổi các tín hiệu xung rời rạc thành các chuyển động góc quay Động cơ bước hoạt động quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển Chính vì tính chất đó nên nó được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, nhất là trong các ứng dụng cần phải điều khiển chính xác

vị trí của hệ thống như điều khiển vị trí của tay nâng trong hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động

Hình 2.16: Một số loại động cơ bước phổ biến

• Động cơ điện một chiều

Đây là loại động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều, được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt yêu cầu mô men khởi động cao Cấu tạo của một động

cơ điện một chiều gồm có 2 phần chính là stato và roto Trong đó:

- Stato là bộ phận đứng yên, sinh ra từ trường, gồm 1 hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện

- Roto là các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều Roto là bộ phận sẽ quay quanh stato

Ngoài ra còn có các bộ phận khác như chổi than và cổ góp

Hình 2.17: Động cơ điện một chiều

• Relay trung gian

- Là thiết bị được cấu tạo từ nam châm điện và các hệ thống tiếp điểm đóng cắt Được ứng dụng rất nhiều trong ngành điện tử, thường xuất hiện trong các tủ điện và các hệ thống máy móc công nghiệp Hiện nay trên thị trường có các loại relay được

sử dụng trong các ứng dụng khác nhau

- Relay điện tử 5VDC

Hình 2.18: Relay điện tử 5VDC

- Relay trung gian 24VDC 8 chân

Hình 2.19: Relay trung gian 24VDC 8 chân

- SSR (Solid State Relay): Đối với các ứng dụng cần relay phải chịu dòng cao hơn và tần số đóng cắt lớn hơn thì không thể sử dụng relay cơ khí thông thường mà phải sử dụng loại này

Hình 2.20: Solid State Relay

Cấu tạo của relay trung gian gồm có:

- Cuộn hút: Đây thực chất là một nam châm điện, khi có điện thì sẽ hút thanh tiếp điểm để chuyển tín hiệu NO thành NC và ngược lại

- Mạch tiếp điểm: Để đóng cắt tín hiệu các thiết bị tải với dòng nhỏ và được cách ly với cuộn hút

Nguyên lý hoạt động:

Trạng thái của relay khi chưa có nguồn điện tác động vào cuộn hút:

Hình 2.21a: Nguyên lý hoạt động của relay

Trạng thái của relay sau khi có nguồn điện tác động:

Hình 2.21b: Nguyên lý hoạt động của relay

• Webcam

Được viết tắt từ chữ “Website camera”, đôi khi còn được viết tắt là WC Về

cơ bản Webcam cũng giống như một chiếc máy ảnh thông thường nhưng chỉ khác là được tích hợp với máy tính vầ truyền dữ liệu cho máy tính thông qua cổng USB Được ứng dụng trong các công tác giám sát an ninh hay dùng để livestream truyền dữ liệu hình ảnh video qua mạng internet Một số loại webcam tốt nhất hiện nay gồm có: LOGITECH HD Pro Webcam C920, LOGITECH Webcam C270, MICROSOFT Lifecam HD-3000 và còn rất nhiều loại khác trên thị trường

Hình 2.22: Webcam Logitech C270 HD 720P

Chương 3:

LỰA CHỌN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu chung của hệ thống

Phải có mô hình phần cứng hệ thống giữ xe ô tô tự động

Áp dụng công nghệ thẻ từ RFID vào hệ thống và lưu dữ liệu vào cơ sở dữ liệu MySQL

Xây dựng thuật toán làm sao để có thể gửi xe vào vị trí ô trống gần nhất để tiết kiệm năng lượng và thời gian gửi xe

Xây dựng giải thuật điều khiển hệ thống bằng PLC

Xây dựng phần mềm giám sát hệ thống trên Wincc và Web Server

3.2 Sơ đồ kết nối tổng quan

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan của hệ thống

- PLC: nhận tín hiệu từ máy tính và các cảm biến ở ngõ vào để điều khiển các

cơ cấu chấp hành

- Khối cơ cấu chấp hành: gồm có các động cơ 12VDC, 5VDC, động cơ bước và các relay trung gian Khối này có tác dụng vận hành hệ thống hoạt động

- Module RFID: dùng để đọc mã thẻ

- Arduino: nhận và xử lý mã thẻ đọc được từ module RFID

- Máy tính: Dùng để giao tiếp với PLC và Arduino

- Webcam C270: Dùng để chụp ảnh biển số xe

cơ sở dữ liệu thì cũng sẽ được xóa sau khi lấy xe ra

Sự cố mất thẻ:

Sau khi kiểm tra giấy tờ của khách hàng bị mất thẻ xe, nhân viên sẽ kiểm tra biển số xe đó có trong cơ sở dữ liệu hay không Nếu có thì truy xuất vị trí đỗ xe và tiến hành trả xe với chế độ điều khiển bằng tay

3.4 Thiết kế phần cứng

3.4.1 Chọn giải pháp gửi xe ô tô tự động

Với những tiêu chí là tối ưu về mặt số lượng chỗ gửi xe trong một diện tích nhất định cũng như là hình ảnh bãi gửi xe phải đẹp, hiện đại và tăng tính mỹ quan cho thành phố Ngoài ra thời gian lấy và cất xe phải nhanh chóng, tính tự động phải cao, chất lượng gửi xe phải được đảm bảo Trong các giải pháp giữ xe ô tô được trình bày trong phần cơ sở lý thuyết, chỉ có hệ thống bãi gửi xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình vuông và hình trụ tròn là thỏa mãn được các tiêu chí đặt ra Sau đó quyết định cuối cùng nhóm em đó là sẽ thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động hình trụ tròn

❖ Tại sao lại chọn bãi giữ xe ô tô tự động mà không phải bãi giữ xe truyền thống?

- Tăng số lượng chỗ để xe trên cùng một diện tích đất Đây là một ưu điểm lớn nhất của bãi đỗ xe thông minh Trong khi các nhà hàng, khách sạn, chung cư cao tầng ngày càng mọc lên như nấm để phát triển kinh tế thì đồng nghĩa quỹ đất ngày càng hạn hẹp Việc tận dụng tối đa diện tích đất cho bãi đỗ xe là hoàn toàn cần thiết Ở các bãi gửi xe truyền thống, ta sẽ tốn diện tích cho việc xây dựng lối đi bộ, cầu thang hoặc thang máy để phục vụ người đi bộ trong khu vực đỗ xe Trong khi đó ở bãi đổ

xe tự động, ta sẽ không phải xây dựng những cái đó vì xe sẽ được tự động đưa vào

chỗ gửi xe mà không cần người lái Hơn nữa diện tích để làm lối đi cho xe di chuyển

ra vào cũng là rất lớn mà ta có thể tiết kiệm được trong hệ thống giữ xe tự động

- Giảm thời gian đưa xe vào và lấy xe ra Vì hệ thống tự động cất và lấy xe cho khách vào vị trí thuận lợi nhất trong thời gian nhanh nhất nên sẽ đỡ mất thời gian cho

họ trong việc tìm chỗ đỗ xe phù hợp

- Giảm được tiếng ồn và khí thải do xe không phải nổ máy, di chuyển trong khu vực đỗ xe Từ đó tăng chất lượng sống của người dân, tiết kiệm được năng lượng và làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường

- Tăng cường xây dựng mỹ quan đô thị với các bãi giữ xe tự động, góp phần nâng cao cơ sở hạ tầng và xây dựng hình ảnh chuyên nghiệp, hiện đại cho các thành phố lớn tại Việt Nam

- Tăng chất lượng gửi xe bằng cách giảm mức độ va chạm khi đưa xe vào và lấy xe ra khỏi bãi vì không có người lái xe trong hệ thống gửi xe tự động

❖ Tại sao lại chọn bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ tròn mà không phải dạng tòa nhà hình vuông?

- Tiết kiệm được diện tích hơn Bãi giữ xe hình trụ sẽ có diện tích nhỏ hơn so với bãi giữ xe hình vuông với cùng số lượng chỗ để xe trên 1 tầng

So sánh trong trường hợp có 10 xe trên 1 tầng:

Hình 3.2: So sánh diện tích bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Bảng 3.1: So sánh bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Khoảng trống Tốn không gian ở giữa để di

chuyển tay nâng gửi xe vào hoặc lấy xe ra

Có khoảng trống giữa các ô để xe nhưng cũng không đáng kể

Tận dụng diện

tích trống

Không thể Vì khoảng trống đó phải để cho cánh tay nâng di chuyển

Làm nơi lưu trữ vật dụng Ví dụ như có thể để chứa các bình chữa cháy, các thiết bị bảo vệ hoặc những đồ vật sử dụng trong những trường hợp cấp bách

- Cấu trúc hình trụ tròn có độ bền cao hơn

Hình 3.3: So sánh kết cấu bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Nếu đặt hệ thống đỗ xe hình trụ tròn này ngầm ở dưới lòng đất thì cấu trúc tròn của hệ thống giúp chống động đất, các chấn động hoặc rung lắc cũng bị phân tán lực ra xung quanh, tỷ lệ biến dạng nhỏ Còn hệ thống ở dạng vuông thì lực nén và lực căng bề mặt dễ làm biến dạng bức tường nên phải xây tường dày hơn Do đó ta có thể tiết kiệm được chi phí cho việc xây dựng bề mặt thành của hệ thống

3.4.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động

Sau khi cân nhắc lựa chọn thì cấu trúc của hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động sẽ

là hình trụ tròn Do đó, cơ cấu truyền động cho hệ thống sẽ cần một chuyển động tịnh tiến nâng hạ cánh tay nâng để xác định tầng gửi xe, một chuyển động tịnh tiến để đưa

tầng Có rất nhiều cơ cấu truyền động để có thể tạo thành chuyển động tịnh tiến mà

ta cần phải lựa chọn, đó là:

• Cơ cấu vít me – đai ốc trượt

Ưu điểm:

- Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn

- Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn

- Thiết kế nhỏ gọn, gia công đơn giản

Nhược điểm:

- Bánh răng bị mòn bởi ma sát theo thời gian làm giảm hiệu suất hoạt động

Hình 3.4: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt

• Truyền động đai: Là cơ cấu truyền động nhờ lực ma sát giữa các mặt tiếp xúc

của vật dẫn và vật bị dẫn Cấu tạo gồm 3 bộ phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay thì nhờ lực ma sát giữa dây đai và bánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo Dây đai thì có loại có răng và không có răng và đều được làm từ vật liệu tạo ma sát tốt Truyền động bằng dây đai cũng là bộ truyền

cơ khí được sử dụng sớm nhất và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay trong các ứng dụng máy in 3D, máy khâu hoặc là trong các hộp số vô cấp trong xe máy, ô tô

Hình 3.5: Truyền động đai