Nghiên cứu thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  KHOA CƠ KHÍ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TH.S NGUYỄN ĐỨC MINH SINH VIÊN THỰC HIỆN LỚP : PHẠM VĂN TRƯỜNG - 2018605448 VŨ XUÂN TRƯỜNG - 2018605392 NGUYỄN VĂN THÁI - 2018605445 : CƠ ĐIỆN TỬ – K13 Hà Nội – 2022 LỜI NÓI ĐẦU Đại dịch Covid 19 bùng phát năm 2019, lan rộng toàn giới bùng nổ vào năm sau khiến kinh tế thế giới bị chững lại, song thị trường tiêu thụ ô tô tăng trưởng dương người dân gia tăng việc mua sắm phương tiện cá nhân thay sử dụng phương tiện công cộng xe buýt, tàu điện,….bởi lo ngại đại dịch covid Cùng với đó, thị trường tô điện ngày phát triển mạnh mẽ đầu công ty Tesla Sản lượng tiêu thụ ô tô lớn giới năm 2021 thuộc Trung Quốc với gần 21,5 triệu Trong đó, Việt Nam sản lượng tiêu thụ ô tô theo VAMA (Hiệp hội nhà sản xuất ô tô Việt Nam) đạt 304 nghìn chiếc, tăng 3% so với năm 2020 Việc phương tiện nhân ô tô tăng lên với tăng trưởng kinh tế khiến cho quỹ đất ngày hạn hẹp tăng giá chóng mặt thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh Xây dựng bãi đỗ xe phục vụ nhu cầu người dân bị ảnh hưởng không nhỏ Việc xây dựng bãi đỗ xe thông minh đem lại nhiều lợi ích cho xã hội, giảm thiểu tắc nghẽn giao thông, cảnh quan thành phố hết tiết kiệm diện tích đất ngày khan Nhận thấy tầm quan trọng bãi đỗ xe tự động, thơng minh này, nhóm nghiên cứu thầy giáo TH.S Nguyễn Đức Minh giao cho nhiệm vụ: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động.” Do khả kiến thức hạn chế nên trình làm đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót Nhóm mong nhận ý kiến đóng góp, đánh giá q báu thầy, giáo Nhóm xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, dạy nhiệt tình thầy giáo TH.S Nguyễn Đức Minh thầy, cô giáo mơn Cơ điện tử nói riêng khoa Cơ khí nói chung, q trình hướng dẫn thực để hoàn thiện đồ án cách tốt Nhóm xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Nhóm sinh viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1 Những bãi giữ xe tính phí 1.1.2 Nhà giữ xe thuở sơ khai 1.1.3 Hệ thống đỗ xe tự động APS (Automatic Parking Systems) 1.1.4 Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến 10 1.1.5 Phương án lựa chọn 12 1.2 Mục tiêu 13 1.3 Phương pháp nghiên cứu hệ thống giới hạn đề tài .14 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 14 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu hệ thống 14 1.3.3 Giới hạn phạm vi đề tài .15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG .16 2.1 Sơ đồ khối, nguyên lý làm việc quy trình cơng nghệ hệ thống .16 2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 16 2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 17 2.2 Cơ cấu chấp hành, thiết bị hệ thống 17 2.2.1 Cơ cấu chấp hành 17 2.2.2 Thiết bị hệ thống 23 2.3 Hệ thống điều khiển 28 2.3.1 Mạch nguồn .28 2.3.2 Công nghệ RFID 29 2.3.3 Bộ xử lý trung tâm PLC 31 2.3.4 Giới thiệu chung ESP 34 2.3.5 Hệ thống điều khiển động bước 36 2.4 Hệ thống cảm biến 38 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG 40 3.1 Thiết kế hệ thống khí .40 3.1.1 Thông số kĩ thuật xe ô tô 40 3.1.2 Phân tích hệ thống khí 40 3.1.3 Thiết kế khí 41 3.1.4 Tính chọn động cho trục vít me (trục Z) 45 3.1.5 Tính tốn chọn trục vít me (trục Z) 47 3.1.6 Tính chọn động cho trục vít me (trục Y) 51 3.1.7 Tính tốn chọn trục vít me (trục Y) 52 3.1.8 Tính tốn động cho dây đai (trục X) 56 3.1.9 Tính tốn, chọn truyền đai (trục X) 58 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 61 3.2.1 Mạch nguồn .61 3.2.2 Khối đầu vào 62 3.2.3 Khối xử lý trung tâm .64 3.2.4 Khối điều khiển .70 3.3 Thiết kế lưu đồ thuật toán điều khiển 72 3.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển chung 72 3.3.2 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển .73 3.3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC 74 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐỊNH HƯỚNG 77 PHÁT TRIỂN 77 4.1 Kết đạt 77 4.1.1 Kết nối hệ thống 77 4.1.2 Sơ đồ mạch điện 82 4.1.3 Xây dựng mơ hình 89 4.2 Định hướng phát triển 90 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 92 5.1 Thử nghiệm mơ hình 92 5.2 Kết luận đánh giá .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 95 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Carl Benz The Velo- xe sản xuất công nghiệp 1894 .7 Hình 2: Chiếc đồng hồ đỗ xe Hình 3: Bãi đỗ xe sơ khai Hình 4: Chiếc đồng hồ đỗ xe đại .9 Hình 5: Bãi đỗ xe tự động .9 Hình 6: Phương án bãi đỗ dạng xếp hình 10 Hình 7: Phương án bãi đỗ dạng tháp .11 Hình 8: Bãi đỗ xe dạng tầng 11 Hình 9: Hệ thống bãi đỗ xe dạng trụ .12 Hình 10: Hệ thống bãi đỗ xe xoay vòng kiểu đứng 12 Hình 11: Hệ thống bãi đỗ xe dạng thang nâng di chuyển .12 Hình 12: Hệ thống bãi đỗ xe dạng thang máy .12 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống 16 Hình 2: Động đồng 10 MW STD-1000-2UHL4 18 Hình 3: Máy phát điện sử dụng động không đồng pha 19 Hình 4: Động servo 19 Hình 5: Động bước 20 Hình 6: Cấu tạo động bước 20 Hình 7: Điều khiển vi bước 23 Hình 8: Bộ truyền động đai 24 Hình 9: Truyền động vít me- đai ốc trượt .25 Hình 10: Truyền động vít me- đai ốc lăn 26 Hình 11: Hệ thống vít me- đai ốc trượt 26 Hình 12: Con lăn nhơm định hình 27 Hình 13: LCD 1602 .27 Hình 14: Mạch nguồn xung (nguồn tổ ong) 28 Hình 15: Bộ biến đổi nguồn DC-DC 29 Hình 16: Cấu trúc thẻ RFID hệ thống RFID 29 Hình 17: Một số loại PLC thông dụng 31 Hình 18: Cấu trúc PLC .32 Hình 19: PLC Fx3u .34 Hình 20: ESP8266 35 Hình 21: ESP32 .35 Hình 22: Mạch điều khiển A4988 36 Hình 23: Hệ thống điều khiển động bước 36 Hình 24: Mạch điều khiển động bước 37 Hình 25:Cảm biến hồng ngoại thụ động .38 Hình 26: Cảm biến thu phát hồng ngoại .38 Hình 27: Các loại cơng tắc hành trình 39 Hình 1: Mơ hình xe tơ 40 Hình 2: Thiết kế phần đế mơ hình .41 Hình 3: Thiết kế phần khung khí vị trí để xe 42 Hình 4: Thơng số kĩ thuật nhơm định hình 43 Hình 5: Thiết kế khung dẫn động, dẫn hướng di chuyển ngang, lên xuống 43 Hình 6: Cánh tay cất xe vào 44 Hình 7: Con lăn đỡ xe 44 Hình 8: Tổng quan mơ hình .45 Hình 9: Động bước size 42 .47 Hình 10: Tính tốn trục vít me Z 48 Hình 11: Tính tốn truyền đai 57 Hình 12: Pulley GT2 .60 Hình 13: Nguồn tổ ong 12VDC-10A 61 Hình 14: Thẻ Key tag S50 .63 Hình 15: Cảm biến hồng ngoại TCRT5000 63 Hình 16: Cơng tắc hành trình có bánh xe 5A 250V KW11-3Z 64 Hình 17: PLC Mitsubishi dòng Fx 65 Hình 18: PLC Mitsubishi Fx3u-24MT 66 Hình 19: ESP 32 67 Hình 20: Mạch đọc thẻ RFID RC522 68 Hình 21: Các chân RFID RC522 69 Hình 22: Mạch điều khiển động bước A4988 70 Hình 23: Sơ đồ nối dây A4988 71 Hình 24: Lưu đồ thuật toán điều khiển chung hệ thống 72 Hình 25: Lưu đồ thuật tốn đọc mã thẻ RFID 73 Hình 26: Lưu đồ thuật tốn điều khiển PLC 74 Hình 27: Lưu đồ thuật toán điều khiển cất xe .75 Hình 28: Lưu đồ thuật toán điều khiển lấy xe .76 Hình 1: Chọn loại Esp32 .78 Hình 2: Biểu tượng phần mềm GXWorks2 78 Hình 3: Mở project 79 Hình 4: Thiết lập kết nối máy tính với PLC 81 Hình 5: Tiếp điểm NO NC rơ le trung gian .81 Hình 6: Sơ đồ kết nối nguồn 220V với nguồn tổ ong 82 Hình 7: Sơ đồ kết nối nguồn đầu vào với PLC 82 Hình 8: Sơ đồ kết nối đầu PLC 83 Hình 9: Sơ đồ kết nối driver A4988 .83 Hình 10: Sơ đồ nối động bước 84 Hình 11: Sơ đồ nối chân mạch nguồn tổ ong, tăng hạ áp .84 Hình 12: Sơ đồ nối chân mạch đọc RFID RC522 85 Hình 13: Sơ đồ nối chân ESP32 85 Hình 14: Sơ đồ nối chân Driver A4988 với PLC động .86 Hình 15: Sơ đồ nối chân PLC .87 Hình 16: Sơ đồ nối chân PLC với đầu vào 88 Hình 17: Mạch in hệ thống .88 Hình 18: Phần đế mơ hình .89 Hình 19: Động số chi tiết .89 Hình 20: Phần để xe dẫn hướng động 89 Hình 21: Tổng thể mơ hình 90 Hình 22: Mạch điện vi điều khiển 90 239 = C5 Stt6 K1 M115 245 = C0 Stt1 K2 M116 251 = C1 Stt2 K2 M117 257 = C2 Stt3 K2 M118 263 = C3 Stt4 K2 M119 269 = C4 Stt5 K2 M120 275 = C5 Stt6 K2 M121 113 M3 M110 281 MOV K270 D0 Vi tri X MOV K9050 D2 Vi tri Y MOV K15400 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K16600 D2 Vi tri Y MOV K15400 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K24200 D2 Vi tri Y MOV K15400 D4 Vi tri Z MOV K300 D0 Vi tri X Ready M111 M112 M113 114 MOV K9050 D2 Vi tri Y MOV K8000 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K16600 D2 Vi tri Y MOV K8000 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K24200 D2 Vi tri Y MOV K8000 D4 Vi tri Z M114 M115 M110 M100 SET M11 Di chuye n truc Z + M111 ZRST M112 115 Y006 XOK Y010 ZOK M113 M114 M115 M3 M11 411 Ready DPLSY D214 Toc truc Z Di chuye n truc Z + D4 Vi tri Z Y002 ZP SET Y005 ZD = D4 Vi tri Z K15400 K120 T0 = D4 Vi tri Z K8000 T6 K60 T0 SET M9 Di chuye n truc Y + SET M100 RST M11 Di chuye n truc Z + T6 116 M3 M9 454 Ready SET Y004 YD D2 Vi tri Y Y001 YP Di chuye n truc Y + DPLSY D212 Toc truc Y M8029 M3 M9 Di chuye n truc Y + SET M7 Di chuye n truc X + SET Y003 XD D0 Vi tri X Y000 XP M7 474 Ready RST Di chuye n truc X + DPLSY D210 Toc truc X K30 T1 T1 117 RST M7 Di chuye n truc X + SET M12 Di chuye n truc Z - M3 M12 497 Ready DPLSY D214 Toc truc Z Di chuye n truc Z - K5050 Y002 ZP RST Y005 ZD K80 T2 T2 118 RST M12 Di chuye n truc Z - SET M31 Ve goc truc Y M3 M116 520 MOV K270 D0 Vi tri X MOV K9050 D2 Vi tri Y MOV K10360 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K16600 D2 Vi tri Y MOV K10360 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K24200 D2 Vi tri Y MOV K10360 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X Ready M117 M118 M119 119 MOV K9050 D2 Vi tri Y MOV K2900 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K16600 D2 Vi tri Y MOV K2900 D4 Vi tri Z MOV K270 D0 Vi tri X MOV K24200 D2 Vi tri Y MOV K2900 D4 Vi tri Z M120 M121 M116 M101 SET M17 Di chuye n truc Z +(out) M117 ZRST M118 120 Y006 XOK Y010 ZOK M119 M120 M121 M3 M17 650 Ready DPLSY D214 Toc truc Z Di chuye n truc Z +(out) D4 Vi tri Z Y002 ZP SET Y005 ZD SET M101 = D4 Vi tri Z K10360 K105 T3 = D4 Vi tri Z K2900 T7 K60 T3 SET M15 Di chuye n truc Y +(out) RST M17 Di chuye n truc Z +(out) T7 121 M3 M15 693 Ready DPLSY D212 Toc truc Y Di chuye n truc Y +(out) D2 Vi tri Y Y001 YP SET Y004 YD SET M13 RST M15 Di chuye n truc Y +(out) M8029 122 M3 M13 713 DPLSY D210 Toc truc X Ready D0 Vi tri X Y000 XP SET Y003 XD K20 T4 T4 SET M19 Di chuye n truc Z trung g ian RST M13 = C0 Stt1 K2 RST C0 Stt1 = C1 Stt2 K2 RST C1 Stt2 = C2 Stt3 K2 RST C2 Stt3 = C3 Stt4 K2 RST C3 Stt4 = C4 Stt5 K2 RST C4 Stt5 = C5 Stt6 K2 RST C5 Stt6 123 M3 M19 784 Ready DPLSY D214 Toc truc Z Di chuye n truc Z trung g ian K5050 Y002 ZP SET Y005 ZD K75 T5 T5 M3 X000 RST M19 Di chuye n truc Z trung g ian SET M32 Ve goc truc Z SET M30 Ve goc truc X RST M100 RST M101 Hanh trinh Y X001 X002 812 Hanh trinh X M31 Ve goc truc Y X001 807 Ready SET Hanh trinh Y Hanh trinh Z END 817 124 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN Lưu đồ thuật tốn điều khiển Lưu đồ thuật tốn đọc mã thẻ RFID Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC Bắt đầu Bắt đầu Bắt đầu 1 Đọc thẻ Thẻ có hệ th ng ác bước khởi tạo ban đầu S ất xe Đ ếu có thẻ Đ Thực việc cất xe S Đ Đọc Thực việc lấy xe Đ thẻ Thực Thực việc cất xe việc cất xe Gửi thẻ serial monitor ập nhật CSDL Kết thúc Kết thúc Kết thúc Lưu đồ chương trình điều khiển cất xe Lưu đồ chương trình điều khiển lấy xe Bắt đầu Di chuyển đến vị trí vào Bắt đầu Di chuyển đến vị trí cần lấy xe âng xe khỏi vị trí vào Lấy xe khỏi vị trí Di chuyển đến vị trí cất xe Di chuyển đến vị trí trả xe Đặt xe vào vị trí Đặt xe vào vị trí Quay vị trí ban đầu Quay vị trí ban đầu Kết thúc Lấy xe S Xe chưa có bãi S Kết thúc Đ Thực Thực việc lấy xe việc lấy xe S BẢNG KÊ CÁC CHI TIẾT STT Tên chi tiết Tấm lưng mica Số lượng STT Tên chi tiết Số lượng 17 Đai ốc thường Vách ngăn 18 Giá đỡ động 1 Giá đỡ xe 19 Động bước Ke tam giác mica 20 Base Z Ke vuông 15 21 Giá đỡ động Giá đỡ xe TG 22 Trục nối vít me Giá đỡ xe TG 2 23 Bạc trượt Đế thép 24 Trục vít me Đế phụ 25 Pulley GT2 10 Gối đỡ vít me 26 Gối đỡ bạc trượt 11 Giá đỡ ổ lăn 27 Gối đỡ 12 Nhơm định hình 28 Base Z 1 13 Base Z 29 Giá đỡ xe 14 Thanh đỡ Pulley 30 Con trượt 15 Thanh trượt 31 Pulley phụ 16 Đai trượt 32 Đai Thiết kế P.Văn Trường 25/5/22 Duyệt N.Đức Minh 25/5/22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI BẢN VẼ MƠ HÌNH Vật liệu: Tỉ lệ: Tờ số: ... 11 Ngoài dạng bãi đỗ xe phổ biến trên, số loại bãi đỗ xe tự động khác: Hình 9: Hệ thống bãi đỗ xe dạng trụ Hình 10: Hệ thống bãi đỗ xe xoay vịng kiểu đứng Hình 11: Hệ thống bãi đỗ xe dạng thang... Nhận thấy tầm quan trọng bãi đỗ xe tự động, thông minh này, nhóm nghiên cứu thầy giáo TH.S Nguyễn Đức Minh giao cho nhiệm vụ: ? ?Nghiên cứu, thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động. ” Do khả kiến thức... 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Với đề tài nghiên cứu thiết kế mơ hình hệ thống bãi đỗ xe tự động Nhóm đưa nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống khí vững chắc, tiện lợi, phù hợp