NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG ARDUINO

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG ARDUINO CBHD: ThS Trịnh Đắc Phong Sinh viên: Trần Văn Biển Mã số sinh viên: 2018600584 Hà Nội – 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2022 Giáo viên phản biện ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án trước hết em xin gửi đến quý thầy, cô giáo khoa cơng nghệ kĩ thuật Ơ tơ trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Em xin gửi đến thầy Trịnh Đắc Phong tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành khóa đồ án tốt nghiệp Từ kiến thức em học thêm nhiều kiến thức bổ ích, hữu dụng cho cơng việc sau Em xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo thầy khoa Cơng nghệ Ơ tơ tạo điều kiện giúp đỡ, dạy dỗ em suốt trình học tập trường Em trân trọng biết ơn sâu sắc tới tất người gia đình, bạn bè động viên khích lệ giúp em q trình học tập làm khóa luận Trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp này, giúp đỡ tận tình cố gắng tránh thiếu sót Vì vậy, em kính mong nhận ý kiến đóng góp bảo q thầy Hà Nội, tháng 05 năm 2022 Sinh viên Trần Văn Biển iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Phân loại 1.2.1 Bãi đỗ xe thơng minh xếp hình (puzzle parking) 1.2.2 Bãi đỗ xe thông minh thang nâng đơn (stacker parking) 1.2.3 Bãi đỗ xe thông minh xoay vịng đứng (Rotary parking) 1.2.4 Bãi đỗ xe thơng minh hoàn toàn tự động di chuyển 1.2.5 Bãi đỗ xe thông minh dạng tháp (Tower Parking) 1.2.6 Bãi đỗ xe thơng minh gia đình thiết kế ngầm hố pít 1.3 Tổng quan hệ thống giám sát bãi đỗ xe thông minh 1.3.1 Giải pháp 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 10 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠCH CỦA HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH 13 2.1 Giới thiệu chung Arduino 13 2.1.1 Giới thiệu chung 13 2.2 Giới thiệu phần cứng 14 2.2.1 Giới thiệu KIT ARDUINO UNO R3 14 2.2.2 Giới thiệu Module RFID 17 iv 2.2.3 Giới thiệu Module thu phát hồng ngoại 19 2.2.4 Giới thiệu động Servo 20 2.2.5 Giới thiệu LCD I2C 20 2.3 Giới thiệu phần mềm 22 2.3.1 Arduino IDE 22 2.3.2 Giới thiệu phần mềm PLX-DAQ 25 2.4 Giới thiệu công nghệ 27 2.4.1 Giới thiệu chung RFID 27 2.4.2 Giới thiệu chung chuẩn giao tiếp USB 28 2.4.3 Giới thiệu chung ngôn ngữ lập trình C 29 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỦA HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH 36 3.1 Xây dựng quy trình 36 3.1.1 Sơ đồ mạch 36 3.1.2 Lưu đồ 38 3.1.3 Cấu trúc mơ hình điều khiển 38 3.2 Phân tích ca sử dụng 39 3.2.1 Biểu đồ ca ở mức tổng quát 39 3.2.2 Biểu đồ ca chi tiết 39 3.2.3 Giải thích ca sử dụng hệ thống 40 3.2.4 Biểu đồ 43 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỬ NGHIỆM 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình bãi đỗ xe tự động xếp tầng hầm chung cư Hình 1.2: Mơ hình stacker parking Hình 1.3: Mơ hình bãi đậu xe thơng minh xoay vịng đứng Hình 1.4: Hình ảnh bãi đỗ xe thông minh di chuyển tầng Hình 1.5: Hệ thống đỗ xe thơng minh dạng tháp dạng cột đứng Hình 1.6: Giải pháp đỗ xe cho nhà mặt phố Hình 1.7: Hệ thống đỗ xe thơng minh dành cho gia đình Hình 1.8: Giải pháp bãi đỗ xe thông minh Hình 1.9: Tủ hệ thống chốt bảo vệ Hình 1.10: Camera giám sát Hình 1.11: Đầu đọc thẻ Hình 1.12: Cảm biến an toàn Hình 1.13: Bảng Led 10 Hình 1.14: Nguyên lý hoạt động xe vào, 11 Hình 2.1: Mạch Arduino Uno R3 14 Hình 2.2: Một số chức chân Arduino Uno R3 16 Hình 2.3: Module đọc thẻ RFID 18 Hình 2.4: Module cảm biến hồng ngoại 19 Hình 2.5: Module động Servo 20 Hình 2.6: Module I2C 21 Hình 2.7: Module LCD sử dụng I2C 21 Hình 2.8: Giao diện phần mềm IDE 23 Hình 2.9: Menu file IDE 24 Hình 2.10: Cách chọn kiểu bo dùng 24 Hình 2.11: Cách chọn cổng COM IDE 25 Hình 2.12: Giao diện PLX-DAQ 25 Hình 2.13; Nguyên lý hoạt động RFID 28 Hình 2.14: Ứng dụng RFID 28 vi Hình 2.15: Đầu đọc USB tiêu chuẩn 29 Hình 2.16: Thông số cấu tạo giao tiếp USB tiêu chuẩn 29 Hình 2.17: Lưu đồ thuật toán cấu trúc if 31 Hình 2.18: Lưu đồ thuật tốn cấu trúc if else 33 Hình 2.19: Lưu đồ thuật toán cấu trúc for 35 Hình 3.1: Sơ đồ mạch hệ thống 36 Hình 3.2: Lưu đồ 38 Hình 3.3: Kiến trúc mơ hình điều khiển thiết bị 38 Hình 3.4: Biểu đồ ca tổng quát 39 Hình 3.5: Biểu đồ ca hệ thống 39 Hình 3.6: Biểu đồ ca quản lý hệ thống 40 Hình 3.7: Biểu đồ ca sử dụng Arduino Uno 40 Hình 3.8: Biểu đồ 43 Hình 4.1: Mặt sơ bãi đỗ xe thông minh 44 Hình 4.2: Bố trí linh kiện bãi đỗ xe thông minh 44 Hình 4.3: Mơ hình hồn thiện bãi đỗ xe thơng minh 45 Hình 4.4: Thử nghiệm lần PLX-DAQ 45 Hình 4.5: Thử nghiệm lần PLX-DAQ 46 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno 17 Bảng 2.2:Thông số kỹ thuật Module RFID 18 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật module cảm biến hồng ngoại 19 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật động Servo 20 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật LCD I2C 22 Bảng 2.6: Giới thiệu ký hiệu 30 Bảng 3.1: Chân kết nối LCDxI2C 36 Bảng 3.2: Chân kết nối module thu phát hồng ngoại 37 Bảng 3.3: Chân kết nối động Servo 37 Bảng 3.4: Chân kết nối module RFID 37 Bảng 3.5: Giải thích lưu đồ 41 Bảng 3.6: Chi tiết ca hệ thống 41 Bảng 3.7: Chi tiết ca sử dụng FRID 42 Bảng 3.8: Ca quản lý rào 42 41 Bảng 3.5: Giải thích lưu đờ Thuộc tính Mơ tả Tác nhân Nhân viên, Người gửi xe Mô tả Hành động vào bãi đỗ xe phải qua bước Điều kiện Luồng kiện Không Người gửi xe vào bãi Bảng LED hiển thị tình trạng bãi đỗ xe Nhân viên - Khi người gửi vào bãi: Nếu chỗ trống quẹt thẻ RFID để mở cổng cho người gửi vào bãi Hết chỗ trống kết thúc - Khi người gửi khỏi bãi: Quẹt thẻ RFID Nếu thẻ mở cổng Sai kết thúc Kiểm tra thời gian vào xe qua PLX-DAQ toán cho người gửi Bảng 3.6: Chi tiết ca hệ thống Thuộc tính Mơ tả Ca Quẹt thẻ RFID Tác nhân Nhân viên giám sát Mô tả Module RFID quét thẻ RFID, lưu liệu xe lên Excel Luồng kiện chính Nhận viên quẹt thẻ RFID vào Module RFID Sau nhận tín hiệu quẹt thẻ bắt đầu thao tác tạo gói liệu để chuẩn bị gửi liệu lên máy tính sau: 2.1 Dữ liệu thời gian quét thẻ (Thời gian xe vào bãi) 2.2 Dữ liệu mã ID Card RFID 42 Sau khởi tạo xong liệu để gửi đi, nhân viên kiểm tra lại 3.1 Nếu nhấn xác nhận làm tiếp bước 3.2 Nếu sai làm lại bước Dữ liệu gửi Thực chức thông báo cho người dùng Luồng kiện Sai thẻ Yêu cầu cấp thẻ phụ Bảng 3.7: Chi tiết ca sử dụng FRID Thuộc tính Mơ tả Ca Quẹt thẻ RFID Tác nhân Nhân viên Mô tả Hành động quẹt thẻ để xác định xem thẻ có tồn khơng tồn lưu trữ Điều kiện Luồng kiện Không Nhân viên quẹt thẻ vào máy RFID Máy RFID quét thẻ tần số phát từ thẻ RFID mã hóa thành chuỗi mã thẻ (ID) Sau nhận mã thẻ: - Arduino gửi mã thẻ lên PLX-DAQ - PLX-DAQ nhận tín hiệu hiển thị Excel - Nếu khơng tìm thấy khơng hiển thị lên Excel Bảng 3.8: Ca quản lý rào Thuộc tính Ca Mơ tả Quản lí rào 43 Tác nhân Mô tả Nhân viên Nhân viên mở đóng rào cho phép xe vào bãi Điều kiện Luồng kiện Không Nhân viên quét thẻ Tín hiệu truyền tới Arduino Uno Kiểm tra trạng thái servo - Nếu bật chuyển thành tắt - Ngược lại tắt thành bật Servo nhận tín hiệu xử lí theo trạng thái Nhân viên cất thẻ Tín hiệu truyền tới Arduino Uno Kiểm tra trạng thái servo - Nếu bật chuyển thành tắt - Ngược lại tắt thành bật Servo nhận tín hiệu xử lí theo trạng thái 3.2.4 Biểu đồ Hình 3.8: Biểu đờ 44 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỬ NGHIỆM Thử nghiệm Thiết kế sản phẩm: - Thiết kế sơ mặt bãi đỗ xe thơng minh Hình 4.1: Mặt sơ bãi đỗ xe thơng minh - Bố trí linh kiện bãi đỗ xe thơng minh Hình 4.2: Bố trí linh kiện bãi đỗ xe thông minh 45 - Hệ thống gồm: cảm biến hồng ngoại động servo làm cổng ở lối vào lối hình LCD để hiển thị module RFID thẻ quét để mở cổng Hình 4.3: Mơ hình hồn thiện bãi đỗ xe thơng minh Thử nghiệm PLX-DAQ - Thử nghiệm lần với thẻ có UID: 225:203:249:25 => Hiển thị thành cơng Hình 4.4: Thử nghiệm lần PLX-DAQ 46 Trên hình thể thời gian, trạng thái vào UID xe vào bãi thẻ thứ - Thử nghiệm lần với thẻ có UID: 64:252:05:26 => Thử nghiệm thành cơng Hình 4.5: Thử nghiệm lần PLX-DAQ Hình thể thời gian, trạng thái vào UID xe thứ vào bãi Hình 4.6: Thử nghiệm lần PLX-DAQ - Thử nghiệm lần với thẻ có UID: 65:228:54:39 => Thử nghiệm thành cơng vào bãi Hình thể thời gian, trạng thái vào UID xe thứ 47 - Sau lần thử lần thứ 50 cho kết thành công Kết quả đạt Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu em lập trình đưa thiết kế mơ hình tổng quan cho hệ thống bãi đỗ xe thơng minh Qua đồ án này, em đạt kết sau: + Tìm hiểu phương pháp lập trình làm mơ hình bãi đỗ xe thơng minh + Tìm hiểu kiến thức cần thiết để lập trình, thiết kế mơ hình định + Làm mơ hình bãi đỗ xe phần mềm lập trình số nguồn tham khảo Hạn chế Do thời gian tìm hiểu nghiên cứu ngắn việc làm đồ án đề tài với em nên em nhiều hạn chế như: + Chưa tìm hiểu thực sâu chủ đề + Chưa thêm vào tính bãi đỗ xe thực tế phổ biến xác nhận biển số camera quản lý liệu hệ sở liệu Hướng phát triển đề tài - Thêm tính hệ thống bãi đỗ xe thực tế sử dụng xác nhận biển số camera quản lý liệu hệ sở liệu 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ths Huỳnh Minh Tú (2015) Tự học nhanh Arduino cho người bắt đầu Thành phố Hồ Chí Minh [2] Michael Margolis (2011) Arduino cookbook O’Reilly Media [3] Simone Bale (2018) Arduino measurement project for beginners American Bar Association [4] Assoc Prof Dr Mohammed N Abdulrazaq, Salah Salman AlZubaidi, Musab A M Ali, Omar Al-Sanjary (2019) Study on RFID Based Book Tracking and Library Information System Conference Paper [5] J F Zhang and C J Wen, "The university library management system based on radio frequency identification," 2017 10 th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI), Shanghai, 2017, pp 1-6 [6] Klause Finkenzeller 2010 RFID Handbook A John Wiley and Sons [7] Robert Murphy (2017) An Introduction to Universal Serial Bus 2.0 Cypress 49 PHỤ LỤC CODE #include #include #include #include #define RST_PIN #define SS_PIN 10 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //LCD 16x02, địa I2C 0X27 MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); Servo servo1; Servo servo2; #define sensorPin1 #define sensorPin2 #define sensorPin3 #define sensorPin4 int UID[4], i; int ID1[4] = {64, 252, 05, 26}; int ID2[4] = {65,228,54,39}; int ID3[4] = {225,203,249,25}; int ID4[4] ={138,254,200,92 }; int sensorState1 = 0; int sensorState2 = 0; int sensorState3 = 0; int sensorState4 = 0; int count=0; 50 int dem=0; void setup() { pinMode (sensorPin1,INPUT_PULLUP); pinMode (sensorPin2, INPUT_PULLUP); pinMode (sensorPin3,INPUT_PULLUP); pinMode (sensorPin4, INPUT_PULLUP); servo1.attach(6); servo2.attach(4); Serial.begin(14400); Serial.println("CLEARDATA"); // xóa liệu sheet file excel Serial.println("LABEL,NGAY,GIO,TRANG THAI,UID"); // Nhãn (label) cho cột sheet file excel SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); lcd.init(); //Khởi động LCD lcd.backlight(); //Bật đèn lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("XIN CHAO"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("NO VISITORS "); delay(200); } void saithe() { lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng 51 lcd.print("SAI THE "); servo1.write(90); delay (2000); } void xevao() { lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("MO CONG "); servo1.write(15); delay (2000); lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("DONG CONG "); servo1.write(90); } void xera() { lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("MO CONG "); servo2.write(0); delay (2000); lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("DONG CONG "); servo2.write(90); } void cambien() { sensorState1 = digitalRead(sensorPin1); sensorState2 = digitalRead(sensorPin2); if(sensorState1 == LOW){ count++; delay(500); lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng 52 lcd.print("XIN CHAO "); } if(sensorState2 == LOW){ count ; delay(500); lcd.setCursor(2,0); //Cột 2, hàng lcd.print("HEN GAP LAI"); } if(count0 && count