1 | P a g e HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ I BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ ĐỀ TÀI GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO VỊ TRÍ CÒN TRỐNG TRONG BÃI ĐỖ XE Giảng viên Nguyễ[.]
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ I - - BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO VỊ TRÍ CÒN TRỐNG TRONG BÃI ĐỖ XE Giảng viên: Nguyễn Văn Thành Nhóm: Thành viên: Nguyễn Văn Tùng Dương B17DCDT050 Nguyễn Tiến Mạnh B17DCDT122 Nguyễn Thành Chung B17DCDT026 Vũ Văn An B17DCDT002 Hà Nội - 2021 1|Page 2|Page LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông tạo môi trường rèn luyện, trau dồi kiến thức, kinh nghiệm tốt hiệu để nhóm có hội phát triển cung cấp hành trang q giá cho chun mơn nói riêng sống nói chung Xin cảm ơn tất thầy cô giáo, đặc biệt thầy cô khoa Kỹ thuật điện tử tận tình dạy kiến thức quý báu để nhóm hoàn thành đề tài Xin trân trọng cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Thành tận tâm giúp đỡ nhóm thực đề tài “Hệ thống giám sát cảnh báo vị trí cịn trống bãi đỗ xe” Với kiến thức hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy giúp đỡ nhóm đề tài nhiều điều từ phong cách làm việc chuyên nghiệp đến kiến thức chuyên môn từ đến chuyên sâu Do kiến thức hạn chế, nên đề tài nghiên cứu nhóm khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô, độc giả để đề tài hồn thiện Cuối xin kính chúc q thầy cơ, gia đình bạn bè ln thành cơng hạnh phúc Trân Trọng Hà Nội ngày 19 tháng năm 2021 Nhóm sinh viên 3|Page 4|Page MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC NHIỆM VỤ CỦA MÔN HỌC LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 11 1.1 Giới thiệu chung bãi gửi xe 11 1.2 Một số nhận xét, đánh giá 14 1.3 Kết luận chương 14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT, CẢNH BÁO VỊ TRÍ CỊN TRỐNG BÃI ĐỖ XE 16 2.1 Cơ sở lý thuyết 16 2.1.1 Board Arduino Uno R3 16 2.1.2 RFID RC522 19 2.1.3 LCD, LED 20 2.1.4 Servo MG90S 23 2.1.5 Cảm Biến Siêu Âm UltraSonic HY-SRF05 24 2.1.6 Phần mềm lập trình Arduino IDE 27 2.1.7 Khối Nguồn 28 2.1.8 Sơ lược UART 28 2.2 Đề xuất mơ hình hệ thống giám sát, cảnh báo vị trí cịn trống bãi đỗ xe 30 2.3 Phương thức kết nối, truyền nhận tin 31 2.3.1 Kết nối Arduino với Servo MG90S, LCD 31 2.3.2 Kết nối Arduino với cảm biến siêu âm HY-SRF05 35 2.3.3 Kết nối Arduino với RFID 37 2.3.4 Thử nghiệm phương thức kết nối hệ thống 40 2.3.4.1 Sử dụng giao thức Bus I2C 40 2.3.4.2 Giao tiếp Serial 41 2.3.4.3 Sử dụng giao thức SPI 45 2.3.5 Kết luận chương 47 5|Page CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 48 3.1 Thử nghiệm hệ thống thực tế mơ hình phần cứng 48 3.1.1: Thiết lập hệ thống 48 3.1.2 Test thử nghiệm trình thực 51 3.1.3 Kết thử nghiệm 52 3.2 Đánh giá đóng góp thành viên 53 3.3 Kết luận chương 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 6|Page NHIỆM VỤ CỦA MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Vũ Văn An - B17DCDT002 Nguyễn Văn Tùng Dương - B17DCDT050 Nguyễn Tiến Mạnh - B17DCDT122 Nguyễn Thành Chung - B17DCDT026 Chuyên ngành: Điện- Điện tử Hệ đào tạo: Chính quy Khóa: 2017 Lớp: D17DTMT01-B - - Tên Đề Tài: Thiết Kế Giám Sát Và Cảnh Báo Vị Trí Cịn Trống Trong Bãi Đỗ Xe Nhiệm Vụ: Các số liệu ban đầu Đề tài thiết kế giám sát cảnh báo vị trí trống bãi đỗ xe Nội dung thực hiện: + Tổng quan hệ thống quản lý xe vào tự động dùng cảm biến vật cản + Nghiên cứu kết nối arduino thiết bị cần thiết + Viết chương trình điều khiển cho Arduino, xử lý mơ hình thực tế + Giải pháp thiết kế mơ hình phần cứng kết nối dây + Hồn thiện hệ thống điều khiển mơ hình tiến hành chạy thử Ngày Giao Nhiệm Vụ: 26/02/2021 Ngày Hoàn Thành Nhiệm Vụ: 18/05/2021 Họ Và Tên Giáo Viên Hướng Dẫn: Nguyễn Văn Thành LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tuần/ngày Nội dung Tuần (22/228/2) Góp ý Chọn đề tài 7|Page Tuần (1/3-7/3) Tuần (8/3-14/3) Viết đề cương chi tiết cho đồ án Trình bày phương án thực đề tài Phân chia công việc cho thành viên Tuần (15/321/3) Tìm hiểu hoạt động, nguyên lý làm việc test thử module (Board Arduino, RFID,…) Tìm hiểu hoạt động Arduino với LCD Tuần (22/328/3) Tuần (29/3-4/4) Nghiên cứu kết nối Arduino Servo MG995 Tuần (5/4-11/4) Nghiên cứu thiết kế sơ đồ nguyên lý Nghiên cứu thiết kế phần cứng, mơ hình nhà gửi xe Kết nối Board Arduino với module RFID, kiểm tra độ nhạy thẻ từ Tìm hiểu phần mềm ngơn ngữ để viết chương trình điều khiển ( Arduino IDE) Tuần (12/418/4) Viết chương trình điều khiển cho Arduino, nạp code, chạy thử riêng với RFID phần cứng thực tiễn Tuần (19/425/4) Tuần 10 (26/4-2/5) Viết chương trình điều khiển cho Arduino với Servo MG90S LCD 20x4 Tiếp tục sửa lỗi code tối ưu hóa đường dây Tuần 11 (3/5-9/5) Đưa giải pháp tối ưu thiết kế mô hình hệ thống giám sát Tuần 12 (10/516/5) Tuần 13 Hoàn thành phần cứng Lắp ráp mạch, linh kiện, mạch in, module lên mơ hình 8|Page (17/523/5) Tuần 14 (24/530/5) Tuần 15 (31/5-6/6) Lập trình hồn chỉnh Cân chỉnh, tối ưu sản phẩm Viết chỉnh sửa báo cáo In báo cáo Bảo vệ đồ án môn học Thầy nhận xét đánh giá kết DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua tần số vô tuyến IOT Internet of thing Mạng lưới vạn vật kết nối Internet SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn truyền thông nối tiếp I2C Inter- Intergrated Circuit Giao tiếp IC LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng 9|Page LỜI MỞ ĐẦU Hiện nước ta phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa đại hóa, nhu cầu người tiện lợi sống ngày tăng cao, ngày mật độ dân cư xe cộ đông Đặc biệt gia tăng số lượng xe máy, điều phản ánh phát triển quốc gia dẫn đến vấn đề môi trường, ùn tắc giao thông, thiếu bãi đậu xe, cần phải có hướng giải cấp thiết Trong ngành công nghiệp điện tử phát triển mạnh mẽ, dần đáp ứng nhu cầu từ tất lĩnh vực công, nông, lâm, ngư nghiệp nhu cầu đời sống hang ngày Với trình độ khoa học kĩ thuật ngày phát triển, nhiều vấn đề từ giải nhanh gọn với cơng nghệ điện tử tự động hóa Vậy nên bãi xe truyền thống khơng cịn phù hợp với hầu hết trung tâm thương mại, hội nghị, chung cư hay bệnh viện lớn, rắc rỗi mà mang lại ùn tắc, xe, vé… Với hệ thống giữ xe thẻ từ, vấn đề gần giải triệt để Xuất phát từ vấn đề thực tiễn đó, đề tài “Thiết bị giám sát cảnh báo chỗ trống bãi đỗ xe” chúng em chọn làm đề tài nghiên cứu 10 | P a g e I2C tên viết tắt cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit” Nó giao thức giao tiếp phát triển Philips Semiconductors để truyền liệu xử lý trung tâm với nhiều IC board mạch sử dụng hai đường truyền tín hiệu Do tính đơn giản nên loại giao thức sử dụng rộng rãi cho giao tiếp vi điều khiển mảng cảm biến, thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v … Đây loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng Nó có nghĩa bit liệu truyền bit theo khoảng thời gian đặn thiết lập tín hiệu đồng hồ tham chiếu Đặc điểm: Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển thiết bị IC mạng I2C Không cần thỏa thuận trước tốc độ truyền liệu giao tiếp UART Vì vậy, tốc độ truyền liệu điều chỉnh cần thiết Cơ chế đơn giản để xác thực liệu truyền Sử dụng hệ thống địa bit để xác định thiết bị / IC cụ thể bus I2C Các mạng I2C dễ dàng mở rộng Các thiết bị kết nối đơn giản với hai đường bus chung I2C 2.3.4.2 Giao tiếp Serial 41 | P a g e Hình 2.22 Giao tiếp Serial Trong phần tìm hiểu chuẩn giao tiếp Serial (Serial protocol) chuẩn giao tiếp đại diện điển hình phương pháp truyền thơng nối tiếp không đồng (Asynchronous Serial) Nội dung phần trình bày khái niệm xoay quanh giao tiếp Serial ví dụ thực tế từ chuẩn giao tiếp Serial chuẩn giao tiếp truyền thông nối tiếp không đồng (được trình bày phần trước), sử dụng UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, phận phần cứng tích hợp bên chip ATmega328 board UnoX) kết hợp với mức logic TTL (mức điện áp cao tương ứng với 5V 3.3V mức điện áp thấp tương ứng với 0V) Trong thực tế, kết hợp UART mức logic khác để tạo số chuẩn truyền khác chẳng hạn RS232, khuôn khổ sách khảo sát mức logic TTL 42 | P a g e Hình 2.23 RS232 TTL Như giới thiệu từ phần trước, sử dụng chuẩn giao tiếp Serial, để trao đổi thông tin cách hiệu quả, đòi hỏi thiết bị giao tiếp với cần phải thống với số quy cách riêng tốc độ baud (baudrate), khung truyền (frame), start bit, stop bits,… sau tìm hiểu: Baudrate Như ví dụ việc truyền bit data sau micro giây, ta nhận thấy để việc giao tiếp diễn thành công, thiết bị cần có thống rõ ràng khoảng thời gian truyền cho bit liệu, hay nói cách khác tốc độ truyền cần phải thống với Tốc độ gọi tốc độ baud (baudrate), định nghĩa số bit truyền giây Ví dụ, tốc độ baud sử dụng 9600, có nghĩa thời gian truyền cho bit 1/9600 = 104.167 micro giây Khung truyền (frame) Bên cạnh tốc độ baud, khung truyền chuẩn giao tiếp Serial quan trọng để đảm bảo việc truyền nhận diễn xác Khung truyền quy định số lượng bit truyền lần truyền, bao gồm start bit, bit data, stop bits, ngồi cịn có parity bit (kiểm tra lỗi liệu trình truyền nhận) 43 | P a g e Hình 2.24 Ví dụ khung truyền Hình ảnh ví dụ khung truyền, bao gồm bit start, bits data cuối bit stop Start bit Đây bit truyền vào khung truyền, có chức thơng báo cho thiết bị nhận biết có chuỗi liệu truyền đến Đối với dịng AVR nói chung UnoX nói riêng, trạng thái chưa có liệu (Idle) đường truyền ln kéo lên mức cao Khi có liệu mới, đường truyền kéo xuống mức thấp, start bit quy định mức Dữ liệu (data) Dữ liệu cần truyền thông thường gồm bits, nhiên hồn tồn tùy chỉnh số lượng bit data cho gói tin, 5, 6, 7, 9, … Trong q trình truyền, bit có trọng số thấp (LSB) truyền trước, cuối bit có trọng số cao (MSB) Stop bits Stop bits nhiều bit có chức thơng báo cho thiết bị nhận biết gói liệu gởi xong Đây bit quan trọng, cần phải có khung truyền Giá trị stop bit mức Idle (mức nghỉ) ngược với giá trị start bit Đối với dòng vi điều khiển AVR bit kết thúc mức cao 44 | P a g e 2.3.4.3 Sử dụng giao thức SPI SPI (Serial Peripheral Bus) chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao hãng Motorola đề xuất Đây kiểu truyền thông Master-Slave, có chip Master điều phối q trình tuyền thông chip Slaves điều khiển Master truyền thơng xảy Master Slave SPI cách truyền song công (full duplex) nghĩa thời điểm trình truyền nhận xảy đồng thời SPI gọi chuẩn truyền thông “4 dây” có đường giao tiếp chuẩn SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) SS (Slave Select) Hình thể kết SPI chip Master chip Slave thơng qua đường Hình 2.25 Các chân sử dụng giao thức SPI SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, SPI chuẩn truyền đồng nên cần đường giữ nhịp, nhịp chân SCK báo bit liệu đến Đây điểm khác biệt với truyền thông không đồng mà biết 45 | P a g e chuẩn UART Sự tồn chân SCK giúp q trình tuyền bị lỗi tốc độ truyền SPI đạt cao Xung nhịp tạo chip Master MISO– Master Input / Slave Output: chip Master đường Input cịn chip Slave MISO lại Output MISO Master Slaves nối trực tiếp với MOSI – Master Output / Slave Input: chip Master đường Output cịn chip Slave MOSI Input MOSI Master Slaves nối trực tiếp với SS – Slave Select: SS đường chọn Slave cần giap tiếp, chip Slave đường SS mức cao không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS Slave xuống mức thấp việc giao tiếp xảy Master Slave Chỉ có đường SS Slave có nhiều đường điều khiển SS Master, tùy thuộc vào thiết kế người dùng Nói cách vắn tắt dễ hiểu: - MISO - Mang liệu từ thiết bị SPI Arduino MOSI - Mang liệu từ Arduino đến thiết bị SPI SS - Chọn thiết bị SPI cần làm việc SCK - dòng đồng Đối với Arduino Uno chân giao tiếp SPI Lần lượt SS-10; MOSI11; MISO-12; SCK-13 Đối với Arduino Mega MISO 50, MOSI 51, SCK 52 SS thường 53 Bạn kiểm soát nhiều thiết bị sử dụng SPI Ví dụ thiết bị 46 | P a g e Dữ liệu truyền qua lại dữa đường MISO MOSI Điều thực Dòng SS thiết lập mức thấp LOW Nói cách khác, để giao tiếp với thiết bị SPI cần thiết lập dòng SS với thiết bị mức thấp LOW, sau giao tiếp với nó, sau thiết lập dịng SS trở lại mức cao HIGH Nếu có hai nhiều thiết bị SPI bus, chúng kết nối sau: Chú ý, có hai dịng SS - với thiết bị sử dụng dịng SS Bạn sử dụng chân digital Arduino bạn cho dòng SS Chỉ cần nhớ để tất dòng SS mức cao HIGH , "ngoại trừ" dòng SS mà bạn muốn kết nối với thiết bị SPI vào thời điểm Điều tương tự việc nhiều cánh cổng trước mặt cho phép người vào Ta mở cổng cho người vào, sau đóng cánh cổng mở cánh cổng khác lựa chọn người khác 2.3.5 Kết luận chương Trong chương II, nhóm nghiên cứu giới thiệu sở lý thuyết hệ thống, đưa đề xuất mơ hình hệ thống sử dụng sở giới thiệu với nghiên cứu phương thức truyền nhận, kết nối khối hệ thống với Trong chương tiếp theo, nhóm tiến 47 | P a g e hành thử nghiệm phương thức truyền tin với hệ thống, từ chọn phương thức tối ưu để đưa vào khảo sát thực tế CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 Thử nghiệm hệ thống thực tế mơ hình phần cứng 3.1.1: Thiết lập hệ thống Thiết kế mơ hình: 48 | P a g e Mạch nguyên lý: Cách thức hoạt động bãi đỗ xe: + Khi tới cửa bãi đỗ phương tiện quan sát bảng LCD hiển thị chỗ trống + Nếu chỗ trống xe bắt đầu vào bãi sử dụng thẻ RFID mua vẽ tháng + Khi phương tiện đỗ vị trí ví trí biễn bảng hiển thị LCD Mơ hình phần cứng: 49 | P a g e Hình 3.1 Mơ hình phần cứng thực tế lắp ráp Hình 3.2 Hộp kĩ thuật 50 | P a g e Hình 3.3 Lắp ráp hệ thống mơ hình 3.1.2 Test thử nghiệm trình thực 51 | P a g e Hình 3.4 Thiết kế mơ hình hồn tất Hình 3.5 Test thiết kế hoàn thành 3.1.3 Kết thử nghiệm Hình 3.6 Sản phẩm hồn thành 52 | P a g e 3.2 Đánh giá đóng góp thành viên Tất thành viên nỗ lực hồn thành tốt cơng việc mình: Vũ Văn An: làm phần cứng word, tìm tài liệu nghiên cứu, tổng hợp Nguyễn Tiến Mạnh: làm phần mềm cảm biến LCD, làm phần cứng Nguyễn Thành Chung: làm phần mềm cảm biến LCD, code, làm phần cứng - Nguyễn Văn Tùng Dương: code phần Servo RFID, làm phần cứng - Hình 3.7 Hình nhóm hồn thành đồ án mơn học 3.3 Kết luận chương Trong chương trình bày kết trình lắp đặt thiết kế hoàn thiện hệ thống, kết nối tối ưu cho hệ thống đạt kết phân tích, đánh giá, nhận xét kết đạt 53 | P a g e KẾT LUẬN Sau thời gian hai tháng nghiên cứu với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Văn Thành, chúng em hoàn thành đề tài “Giám sát cảnh báo vị trí trống bãi đỗ xe” theo nội dung yêu cầu đặt đề cương đề tài Kết quả, đề tài đạt nội dung cụ thể sau đây: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống bãi đỗ xe thông minh - Tìm hiều, khảo sát đánh giá hệ thống với chuẩn giao thức - Ứng dụng chuẩn giao thức SPI, I2C, UART xây dựng hệ thống - Nghiên cứu, thiết kế thành công hệ thống GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO VỊ TRÍ CỊN TRỐNG Hướng phát triển đề tài: - Do thời gian nghiên cứu ngắn gián đoạn nên cịn nhiều thiếu xót mong q thầy đóng góp để chúng em hồn thành bổ sung thêm vào đề tài Qua trình thực đề tài, hướng dẫn tận tình thầy cơ, em làm việc nghiên cứu cách khoa học hơn, hiệu Qua đó, phần thể niềm đam mê khát khao làm chủ công nghệ Mặc dù có nhiều cố gắng đề ta khó tránh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý từ thầy giáo để hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 54 | P a g e TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://hethongdoxe.com/thuc-trang-bai-do-xe-thong-minh-o-cacthanh-pho-lon cung-chua-du-cau-n200347.html [2] https://bilparking.com.vn/article/he-thong-bai-do-xe-thong-minhva-tu-dong [3] http://hethongdoxe.com/cong-kiem-soat-xe-ra-vao-p802066.html [4] https://thangmayhoahoa.com/bai-xe-thong-minh.html [5] https://bkaii.com.vn/tin-tuc/254-9-mo-hinh-bai-do-xe-thong-minhnhat-tren-the-gioi 55 | P a g e ... D17DTMT01-B - - Tên Đề Tài: Thiết Kế Giám Sát Và Cảnh Báo Vị Trí Cịn Trống Trong Bãi Đỗ Xe Nhiệm Vụ: Các số liệu ban đầu Đề tài thiết kế giám sát cảnh báo vị trí cịn trống bãi đỗ xe Nội dung thực... quan đề xuất mơ hình hệ thống giám sát cảnh báo chỗ trống bãi đỗ xe Mục tiêu đề tài thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động có giám sát cảnh báo giúp cho khách hàng dễ nhận biết vị trí cịn trống để vào... NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT, CẢNH BÁO VỊ TRÍ CỊN TRỐNG BÃI ĐỖ XE Trong chương trước, nhóm nghiên cứu hệ thống bãi đỗ xe phổ biến đặc điểm hệ thống từ lên ý tưởng thiết kế hệ thống Chương