Đồ án tốt nghiệp đề tài mô hình bãi đỗ xe thông minh công cộng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH CÔNG CỘNG GVHD : Ks Mai Vạn Hậu SVTH : Huỳnh Tấn Quy MSSV : 5951030074 Lớp : Tự động hóa K59 Tp Hồ Chí Minh - 01/2023 TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Quy MSSV: 5951030074 Lớp: Tự động hóa K59 Hệ đào tạo: Đại học quy I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH CƠNG CỘNG II NHIỆM VỤ: Các số liệu ban đầu:  Kiểu dáng mơ hình: Hình trụ trịn  Kích thước mơ hình: chiều cao 80cm, đường kính 60cm  Cơ cấu truyền động dây đai sử dụng động 24VDC  Động bước NEMA size 57 1.8 step driver TB6600  Động 12VDC có hộp giảm tốc JGY370 160 vịng/phút  Động 5VDC có hộp giảm tốc GA12 – N120  Công tắc hành trình 24VDC chức đóng, mở động  Webcam Logitech C270 đóng vai trị thu nhận ảnh đầu vào, kết nối máy tính qua cởng USB  Mạch Arduino Uno R3 RFID RC522 được dùng làm xử lý đọc thẻ từ, kết nối máy tính thơng qua cởng USB Nội dung thực hiện:  Thiết kế, xây dựng phần cứng mơ hình phần mềm SolidWorks  Tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển hệ thống PLC  Tìm hiểu áp dụng công nghệ RFID kết hợp với xử lý ảnh cho hệ thống  Xây dựng chương trình điều khiển, giao tiếp giữa máy tính Arduino, máy tính camera, máy tính PLC  Xây dựng hình điều khiển giám sát WinCC Webserver  Chạy thử nghiệm, cân chỉnh sửa lỗi mơ hình  Nhận xét, đánh giá chung toàn hệ thống  Viết báo cáo luận văn  Báo cáo đề tài tốt nghiệp III.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ks Mai Vạn Hậu IV NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 03/10/2022 V NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/12/2022 T/L HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA PGS.TS Nguyễn Văn Tiềm Ks Mai Vạn Hậu TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Quy MSSV: 5951030074 Lớp: Tự động hóa K59 Hệ đào tạo: Đại học quy Họ tên giáo viên hướng dẫn: Ks Mai Vạn Hậu I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH CÔNG CỘNG II NHẬN XÉT: Nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Quy MSSV: 5951030074 Lớp: Tự động hóa K59 Hệ đào tạo: Đại học quy Họ tên giáo viên hướng dẫn: Ks Mai Vạn Hậu I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH CÔNG CỘNG II NHẬN XÉT: Nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .6 LỜI MỞ ĐẦU .7 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 12 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .14 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .15 1.1 Đặt vấn đề .15 1.2 Mục tiêu đề tài 21 1.3 Đối tượng nghiên cứu .22 1.4 Giới hạn đề tài 22 1.5 Phương pháp nội dung nghiên cứu 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Phân tích các phương án bãi đỗ xe tơ 23 2.1.1 Phương án bãi đỗ xe hình trụ trịn 23 2.1.2 Phương án bãi đỗ xe dạng tháp .23 2.1.3 Phương án bãi đỗ xe xếp hình 24 2.1.4 Phương án bãi đỗ xe xoay vòng đứng .25 2.1.5 Phương án bãi đỗ xe chuyển quanh tòa nhà .26 2.2 Lựa chọn giải pháp thiết kế 26 2.2.1 Lựa chọn kiểu dáng thiết kế 26 2.2.2 Lựa chọn cấu truyền động 28 2.2.3 Lựa chọn thiết bị .32 2.3 Các sở lý thuyết liên quan 39 2.3.1 Ngơn ngữ lập trình C# NET Framework 39 2.3.2 Thư việt S7.NET .39 MỤC LỤC 2.3.3 Thư viện xử lý ảnh Emgu CV 40 2.3.4 Hệ quản trị sở dữ liệu SQL Server .40 2.3.5 Khái niệm HTLM AWP 40 2.3.6 Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu 41 2.3.7 Giới thiệu công nghệ RFID .43 2.3.8 Giới thiệu số phần mềm lập trình .45 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 49 3.1 Yêu cầu chung hệ thống 49 3.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống 49 3.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 50 3.4 Thiết kế phần cứng 51 3.5 Thiết kế phần điện điều khiển 53 3.6 Lập trình điều khiển .56 3.6.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống 56 3.6.2 Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí xe 58 3.6.3 Sơ đồ giải thuật nhận dạng xử lý biển số xe .59 3.6.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển PLC .60 3.6.5 Thiết kế giao diện giám sát WINCC 62 3.6.6 Thiết kế giao diện giám sát Webserver 62 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 63 4.1 Giới thiệu 63 4.2 Thi công phần cứng 63 4.3 Thi công phần mềm 65 4.3.1 Chương trình đọc thẻ RFID .65 4.3.2 Chương trình tối ưu vị trí xe .65 4.3.3 Giao diện giám sát điều khiển WinCC 65 MỤC LỤC 4.3.4 Giao diện giám sát điều khiển Webserver 65 4.3.5 Giao diện giám sát điều khiển C# .65 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 66 5.1 Kết đạt được 66 5.2 Phân tích so sánh .66 5.3 Tổng kết 66 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 6.1 Kết luận 67 6.2 Hướng phát triển 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Hình 3: Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 với mạch đọc thẻ RFID RC522  Thiết kế mạch đảo chiều động Mạch điều khiển đảo chiều dùng rơ le được vẽ hình bên Hình 29: Mạch đảo chiều dùng relay trung gian + Mỗi công tắc được mắc nối tiếp với cuộn dây điều khiển relay SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ + Động được nối với hai chân chung (COM) relay Thường đóng relay được nối với âm nguồn 12V thường hở được nối với dương nguồn - Nguyên lý mạch sau: + Khi nhấn công tắc thì relay đóng, thường mở relay chuyển sang thường đóng Khi dịng điện từ nguồn qua tiếp điểm RL1, qua động cơ, qua tiếp điểm RL2 nguồn âm Động quay theo chiều định Và Relay3 Relay thực tương tự  Thiết kế mạch đấu dây driver TB6600 với động bước Hình 30: Sơ đồ đấu dây Arduino với TB6600 điều khiển động bước + Nguồn cấp từ – 42V tùy theo điện áp định mức động + cuộn dây động đầu dây kết nối tương ứng với chân A+, Avà B+, B+ Các chân tín hiệu  ENA+: 5V Arduino SVTH: HUỲNH TẤN QUY  DIR-: Pin Arduino CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ  DIR+: 5V Arduino  PUL-: Pin Arduino 3.6 Lập trình điều khiển  PUL+: +5V 3.6.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống  Chế độ điều khiển tay Hình 4: Sơ đồ hoạt động hệ thống chế độ điều khiển tay Ở chế độ điều khiển tay, ta bấm ON chọn chế độ điều khiển “Hand” Sau ta chọn chế độ gửi xe vào lấy xe Tiếp theo ta chọn vị trí muốn gửi lấy xe ra, hệ thống tiến hành gửi xe vào bãi giữ xe lấy xe tương ứng với vị trí mà ta chọn trước SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ  Chế độ điều khiển tự động Hình 5: Sơ đồ hoạt động hệ thống chế độ điều khiển tự động SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Để chọn chế độ điều khiển tự động, ta bấm ON chọn chế độ điều khiển “Auto” Lúc ta việc quẹt thẻ hệ thống tự động hoạt động Nếu quẹt thẻ lần đầu, hệ thống kiểm tra biết mã thẻ chưa có CSDL, hiểu muốn gửi xe vào Khi hệ thống tiến hành chụp ảnh nhận dạng biển số xe, lưu mã thẻ biển số xe vào vị trí ô trống gần CSDL điều khiển đưa xe vào vị trí trống gần bãi Ngược lại nếu quẹt thẻ lần 2, hệ thống kiểm tra biết được mã thẻ có CSDL rồi, hiểu ta muốn lấy xe Khi hệ thống xóa mã thẻ biển số xe khỏi CSDL điều khiển lấy xe 3.6.2 Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí xe Hình 6: Sơ đồ giải thuật tối ưu vị trí gửi xe SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Tối ưu vị trí gửi xe hoạt động chế độ điều khiển tự động Khi ta quẹt thẻ, hệ thống tiến hành kiểm tra mã thẻ có CSDL chưa Nếu mã thẻ có CSDL hệ thống tiến hành đọc vị trí mã thẻ để điều khiển PLC lấy xe vị trí đồng thời xóa mã thẻ khỏi CSDL Nếu hệ thống phát thẻ chưa có CSDL thì đọc vị trí trống CSDL để thêm mã thẻ vào Trong trường hợp hệ thống đầy, khơng tìm được vị trí trống CSDL mà trả giá trị NULL Khi ta hiển thị thơng báo hệ thống đầy kết thúc chu trình vịng lặp 3.6.3 Sơ đồ giải thuật nhận dạng xử lý biển số xe Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# tiến hành chụp hình Hình ảnh được thiết bị truyền máy tính được lưu trữ chương trình C# Sau có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến hành trình tách biển số xe khỏi hình Bằng việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình tiến hành xử lý trả biển số xe với kích thước ảnh 500x500 pixel Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh Vì biển số xe có màu trắng cịn ký tự màu đen, nên lấy đường viền ta dễ dàng có đường viền bao quanh những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo cắt ký tự Như bước ở ta có các đường viền xung quanh ký tự, từ các đường viền ta cắt riêng lẻ từng ký tự biển số xe Thường biển số xe thường có ký tự Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng ký tự có sẵn EmguCV Từ ta có được ký tự được chuyển từ dạng tương tự (hình ảnh) sang dạng số (mã ASCII) SVTH: HUỲNH TẤN QUY Hình 7: Giải thuật nhận diện biển số xe CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Mặc dù nhận dạng được ký tự, lúc thứ tự chúng lộn xộn Do bước cuối sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắt ký tự ở bước Và cuối cùng ta có được kết chữ số chữ xác, sắp xếp hợp lý biển số chụp 3.6.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển PLC PLC được lập trình thực chuỗi cơng việc Ứng trạng thái State, ta thực viết riêng khối FB FC để điều khiển Hình 8: Giải thuật sơ đồ điều khiển PLC Toàn chương trình điều khiển được chia nhỏ thành khối FC FB mang nhiệm vụ cụ thể riêng được quản lý chung bởi những khối OB Kiểu SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ lập trình phù hợp cho những toán phức tạp, nhiều nhiệm vụ lại thuận lợi cho việc sửa chữa sau [1] Quan hệ giữa khối FC, FB OB được trình bày ở hình Hình 9: Sơ đồ mối quan hệ FB, FC OB1  OB: Organization Block  SFC: System Function  FB: Function Block  SDB: System Data Block  SFB: System Function  DB: Data Block Block  Khối State 0: Chọn chế độ Auto chế độ Hand Auto State Hand State Hình 10: Khối State  Input: Chế độ auto, chế độ hand  Output: State Khi nhấn nút “Auto” thì cho phép hoạt động State State Khi nhấn nút “Hand” thì cho phép hoạt động State  Khối State 1: Chọn chế độ gửi xe chế độ lấy xe SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Gửi xe State Lấy xe State Hình 11: Khối State  Input: Chế độ gửi xe, chế độ lấy xe  Output: State Khi nhấn nút “Gửi xe” thì cho phép hoạt động State Khi nhấn nút “Lấy xe” thì cho phép hoạt động State Khi state=2, chương trình nhảy vào thực khối State  Khối State 2: Chọn vị trí để gửi xe State State Chọn vị trí gửi xe Góc quay Tầng Hình 12: Khối State  Input: Chọn vị trí cất xe  Output: State = 4, góc quay, tầng Hình 13: Sơ đồ vị trí mơ hình 3.6.5 Thiết kế giao diện giám sát WINCC 3.6.6 Thiết kế giao diện giám sát Webserver SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Giới thiệu Sau thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý cho tồn hệ thống, nhóm tiến hành thi cơng mơ hình Hệ thống được thi cơng bao gồm hai phần thi công phần cứng thi công phần mềm Cụ thể sau: Về phần cứng: tiến hành lắp ráp các thiết bị vào mô hình in 3D trước đó, kết nối linh kiện điện tử, nhóm sử dụng PLC Arduino nên khơng thiết kế mạch in mà kết nối các mô đun với dây điện Về phần mềm: xây dựng giải thuật viết chương trình cho hệ thống Chương trình được lập trình dựa vào nguyên lý hoạt động hệ thống từ cấp nguồn cho đến hệ thống ngừng hoạt động, áp dụng được giải thuật điều khiển vào mơ hình cách tối ưu Tồn q trình thi cơng hệ thống phải đảm bảo tất những yêu cầu thiết kế mà nhóm đặt ban đầu 4.2 Thi công phần cứng Bảng 1: Danh sách linh kiện STT Tên linh kiện PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC Chức Điều khiển toàn hệ thống Động bước NEMA size 57 1.8 Xoay tay nâng đến vị step trí tầng Động 12VDC có hộp giảm tốc Di chuyển tay nâng lên JGY370 160RPM xuống giữa tầng Động 5VDC có hộp giảm tốc Di chuyển tay nâng vào GA12 – N120 để lấy gửi xe SVTH: HUỲNH TẤN QUY Số lượng 1 1 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Mạch driver động bước TB6600 4.5A Camera Logitech C270 720p Công tắc hành trình 1A – 125VAC Chụp biển số xe Giới hạn hành trình lên xuống vào tay DS10C4 nâng ở tầng Nguồn 24VDC 6EP1332-2BA20 Cấp nguồn cho PLC, cảm Siemens biến… 11 Nguồn tổ ong 5VDC 12 Relay trung gian Omron 13 Arduino Uno R3 Cấp nguồn cho động 12VDC, step… Cấp nguồn cho động 5VDC… Đảo chiều động Kết nối với Module RFID để đọc mã thẻ Module RFID MFRC522 NFC Kết nối với Arduino để đọc 13.56MHz mã thẻ Cảm biến quang SVTH: HUỲNH TẤN QUY nâng Phát xác định tay Nguồn tổ ong 12VDC – 30A 15 Cảm biến hồng ngoại E3F- 10 14 Điều khiển động bước Phát xe có bãi không 1 1 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG 4.3 Thi cơng phần mềm 4.3.1 Chương trình đọc thẻ RFID 4.3.2 Chương trình tối ưu vị trí xe 4.3.3 Giao diện giám sát điều khiển WinCC 4.3.4 Giao diện giám sát điều khiển Webserver 4.3.5 Giao diện giám sát điều khiển C# SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết đạt 5.2 Phân tích so sánh 5.3 Tổng kết SVTH: HUỲNH TẤN QUY CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.2 Hướng phát triển SVTH: HUỲNH TẤN QUY TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo:  [1] Nguyễn Ngọc Linh - Bùi Quang Hịa (2012), Giáo trình “PLC nâng cao”, website: https://www.slideshare.net/ckhuy06/plc-nang-cao  Website tham khảo:  [1*] Thị phần thương hiệu ô tô Việt Nam tháng đầu năm 2022: https://xe.baogiaothong.vn/thi-phan-o-to-tai-viet-nam-thuong-hieu-naodang-ban-nhieu-xe-nhat- d566637.html#:~:text=Theo%20c%C3%A1c %20b%C3%A1o%20c%C3 %A1o%20doanh,1%2F3%20t%E1%BB%95ng%20doanh%20s%E1%BB %91  [2*] Thực trạng bãi đỗ xe thông minh thành phố lớn ở Việt Nam: https://bilparking.com.vn/article/thuc-trang-bai-do-xe-thong-minh-thanhpho  [3*] Khảo sát nhu cầu những vấn đề mắc phải đỗ xe ở nước ta: https://www.behance.net/gallery/119273767/D-an-SEM-2-App-ng-dng-dxe-thong-minh- ParkMe?tracking_source=search_projects %7Carena+Design& SVTH: HUỲNH TẤN QUY