Luận văn máy nhả thẻ cho bãi xe tự động

SAIGON TECHNOLOGY UNIVERSITY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ SÀI GỊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MÁY NHẢ THẺ CHO BÃI XE TỰ ĐỘNG GVHD: ThS ĐINH ĐỖ QUANG SVTH: NGUYỄN VIẾT NAM Tp Hồ Chí Minh Tháng 07/2018 i LỜI CẢM ƠN  Đầu tiên em xin gửi lời chúc sức khỏe đến tồn Thầy, Cơ đồn thể trƣờng Đại Học Cơng Nghệ Sài Gịn Em gửi lời cám ơn đến khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện cho em đƣợc nhận đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Thầy Cô, bạn bè Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đƣờng đại học đến nay, em nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện-Điện Tử - trƣờng Đại Học Công Nghệ Sài Gòn đặc biệt Thầy Đinh Đỗ Quang với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập trƣờng đề án Luận Văn Tốt Nghiệp Nếu khơng có lời hƣớng dẫn, dạy bảo thầy thu hoạch em khó hồn thiện đƣợc Em mong nhận đƣợc góp ý, bổ sung Thầy, Cô bạn bè để đồ án em đƣợc hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI Thiết kế “Máy Nhả Thẻ Ứng Dụng Trong Bãi Giữ Xe Tự Động”, để phục vụ trình xử lý việc nạp thơng tin khách hàng gửi xe phát thẻ cho khách hàng Máy có khả xử lý nhanh, tránh tình trạng ùn tắc Tự động sửa lỗi phát sinh trình vận hành Nội dung đề tài bao gồm chƣơng: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN CHƢƠNG 4: KẾT QU V PHƢƠNG HƢỚNG PH T TRIỂN v MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH vii CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu luận văn tốt nghiệp 1.3 Phạm vi luận văn tốt nghiệp CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung hệ thống giữ xe bán tự động 2.2 Về hệ thống điều khiển 2.3 Tổng quan Arduino 2.4 Sơ lƣợc ngơn ngữ lập trình 2.5 Về động giảm tốc module điều khiển 2.6 Các thành phần khí có liên quan 10 2.6.1 Vitme đai ốc 10 2.6.2 Bully dây Curoa 11 2.6.3 Công tắc, đèn 11 CHƢƠNG NỘI DUNG THỰC HIỆN 13 3.1 Nội dung nghiên cứu 13 3.1.1 Sơ đồ khối 13 3.1.2 Thiết kế phần cứng máy nhả thẻ 13 3.1.3 Thiết kế phần mạch điện 17 3.1.4 Thiết kế phần mềm 24 CHƢƠNG KẾT QU V PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 29 4.1 Sản phẩm đề tài 29 4.1.1 Kết đạt đƣợc so với đề cƣơng đề 29 vi 4.1.2 Kết chƣa đạt đƣợc 30 4.1.3 Kết thêm dự kiến 30 4.1.4 Những thuận lợi khó khăn 30 4.2 Ứng dụng 30 4.3 Phƣơng hƣớng phát triển đề tài 32 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống giữ xe bán tự động Hình 1.2: Hệ thống giữ xe tự động Hình 1.3: Mơ hình giữ xe tự động sử dụng máy nhả thẻ Hình 1.4: Máy nhả thẻ xử lý 100 thẻ thử nghiệm Hình 2.1: Hệ thống điều khiển Hình 2.2: Tổng hợp mẫu Arduino Hình 2.3: Động giảm tốc mini Hình 2.4: Mạch cầu H sử dụng Transistor mạch cầu H LM298 Hình 2.5: Mạch kích relay kênh Hình 2.6: Vitme đai ốc 10 Hình 2.7: Nút nhấn 11 Hình 2.8: Đèn báo 12 Hình 2.9: Cơng tắc hành trình 12 Hình 3.1: Sơ đồ khối điều khiển 13 Hình 3.2: Bản vẽ máy nhả thẻ 14 Hình 3.3: Động DC giảm tốc 14 Hình 3.4: Động DC giảm tốc 15 Hình 3.5: Động DC giảm tốc JGY370 15 Hình 3.6: Puly GT2 đai rang GT2 16 Hình 3.7: Đầu đọc thẻ MIFARE CR501AU 16 Hình 3.8: Board mạch điều khiển máy nhả thẻ 17 Hình 3.9: Sơ đồ mạch kích relay điều khiển động 22 Hình 3.10: Optocoupler PC847 22 Hình 3.11: Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại 23 viii Hình 3.12: Led LCD 16x2 23 Hình 3.13: Sơ đồ giải thuật 28 Hình 4.1: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng bãi giữ xe thông minh 29 Hình 4.2: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng bãi giữ xe thơng minh 31 Hình 4.3: Bán vé rạp chiếu phim 31 Hình 4.4: Bán vé tàu điện ngầm 31 Hình 4.5: Trạm thu phí đƣờng cao tốc 32 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1.Đ t v ề Trong tiến trình phát triển kinh tế giới, khoa học cơng nghệ đóng vai trị quan trọng việc nâng cao xuất lao động, hiệu sản xuất Trong bối cảnh tồn cầu hóa, lĩnh vực chịu ảnh hƣởng không nhỏ, nƣớc phát triển nhƣ Việt Nam Hiện đất nƣớc thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa để bƣớc bắt kịp phát triển nƣớc khu vực nhƣ nƣớc giới mặt kinh tế, văn hóa, xã hội cơng nghệ Hiện tự động hóa đƣợc trọng phát triển Tự động hóa giúp cho việc xử lý kết tự động, xác hơn, việc vận hành sửa chữa dễ dàng hơn, hiệu suất công việc cao đặc biệt vấn đề nhân giảm thiểu nhiều Thị trƣờng khoa học công nghệ Việt Nam bƣớc đầu phát triển vài hạng mục nhƣ nơng nghiệp, khí, cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ điện tử tự động,… Tuy nhiên cịn hạn hẹp chƣa thực phát triển mạnh Hình 0.1: Hệ thống giữ xe bán tự động Hiện xu hƣớng tự động hóa chiếm vị trí quan trọng mục tiêu cuối sản phẩm công nghệ tiên tiến Cùng với sản phẩm thẻ chip RFID đời mang đến cho ngành công nghệ bƣớc tiến mới, tiện lợi chúng vơ hữu ích Hiện thẻ chip RFID đƣợc áp dụng hệ thống giữ xe thông minh nhiên dừng lại bán tự động tự động hóa hồn tồn mục tiêu hƣớng tới hầu hết chủ đầu tƣ Thay cho việc dùng giấy truyền thống để giữ xe sử dụng đƣợc lần hay bị ƣớt rách thẻ chip RFID khắc phục hoàn toàn nhƣợc điểm chúng Để tự động hóa giữ xe thơng minh hai sản phẩm cơng nghệ quan trọng khơng thể thiếu máy nhả thẻ máy thu hồi thẻ Trên thị trƣờng hai sản phẩm chƣa phổ biến nên hệ thống giữ xe thông minh không sử dụng ngƣời chƣa có Hình 0.2: Hệ thống giữ xe tự động Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, với mong muốn tạo mơ hình tự động hóa giữ xe thơng minh trình nghiên cứu phƣơng thức hoạt động giữ xe truyền thống em đúc kết lại phƣơng thức vận hành cho máy nhả thẻ hoạt động mang tính thực tế nhƣ đáp ứng nhu cầu tiện lợi dễ sử dụng cho ngƣời sử dụng Vì em xin thực luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Máy nhả thẻ ứng dụng bãi giữ xe tự động” 1.2 M t u u v t t - Tìm hiểu phƣơng thức vận hành bãi giữ xe bán tự động để tạo máy nhả thẻ RFID phục vụ trình xử lý việc nạp thông tin phát thẻ cho ngƣời xử dụng - Hồn thiện phần mơ hình tự động hóa hồn tồn giữ xe thơng minh - Rèn luyện kỹ sáng tạo thiết kế mạch điện cho thân - p dụng kiến thức học để áp dụng thực tế nâng cao trình độ chuyên môn, tạo sản phẩm mẻ phục vụ cho nhu cầu xã hội Hình 0.3: Mơ hình giữ xe tự động sử dụng máy nhả thẻ - 1.3 Hạn chế nhân công hệ thống quản lý bãi xe Để nâng cao chất lƣợng sống, giảm sức lao động ngƣời mục tiêu luận văn em hƣớng tới v u v t t - Vì mơ hình thử nghiệm nên sản phẩn phần cứng cịn hạn chế mỹ quan - Tốc độ xử lý xuất thẻ nhanh tránh tình trạng ùn tắc Thời gian xử lý cho lần xuất thẻ giây, đảm bảo trình vận hành liên tục - Tự động sửa lỗi phát sinh trình vận hành máy ví dụ nhƣ việc xuất thẻ hộc thẻ bị lỗi thẻ cũ, cong vênh lý làm thẻ khơng thể qua khe thẻ làm cho trình vận hành bị trì hỗn máy tự động chạy chƣơng trình sửa lỗi Trƣờng hợp thẻ bị chết chip máy tự động nuốt lại thẻ lỗi vào ngăn thẻ thu hồi để loại thẻ - Đáp ứng số lƣợng thẻ dự trữ 1000 thẻ Hình 0.4: Máy nhả thẻ xử lý 100 thẻ thử nghiệm 18 a) Khối điều khiển trung tâm - Đây khối trung tâm xử lý tín hiệu quan ảnh hƣởng đến q trình vận hành cấu máy nhả thẻ Nhận tín hiệu từ khối bàn phím khối cảm biến Các tín hiệu đƣợc xử lý đƣa khối hiển thị, solenoid khối điều khiển động - Modul điều khiển “ Arduino mega 2560” sử dụng chip xử lí ATmega2560 - Tín hiệu Arduino nhận từ khối bàn phím mức điện áp logic mức - Tín hiệu nhận từ khối cảm biến mức điện áp ngõ op-amp khối cảm biến Khi tác động ngõ cho tín hiệu mức - Sau nhận đƣợc tín hiệu từ khối nhập, Arduino tiến hành chạy chƣơng trình xử lí tín hiệu xuất tín hiệu điều khiển cho phép vận hành máy nhả thẻ Khi xuất lỗi Arduino tự động chạy chƣơng trình sửa lỗi b) Sơ đồ kết nối chân Arduino: STT Tên chân C u ì â C ứ Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay thuận Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay nghịch Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay thuận Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay nghịch Output Thực chức điều khiển động trục vitme quay thuận 19 Output Thực chức điều khiển động trục vitme quay nghịch 10 Output Điều khiển động xuất thẻ quay thuận Output Thực chức điều khiển động xuất thẻ quay nghịch 11 12 Output Thực chức điều khiển solenoid để mở cửa ngăn thẻ lỗi 10 13 Output Thực chức còi báo hiệu 11 22 Input Cảm biến báo hộp thẻ thẻ hay hết 12 23 Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay nghịch 13 24 Input Cảm biến báo hộp thẻ thẻ hay hết 22 25 Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay thuận 23 26 Input Cảm biến báo hộp thẻ thẻ hay hết 24 27 Output Thực chức điều khiển động hộp thẻ quay nghich 25 28 Input Cảm biến báo hộp thẻ thẻ hay hết 26 29 Output Thực chức điều 20 khiển động hộp thẻ quay thuận 27 30 Input Cảm biến báo đầu đọc thẻ vị trí trƣớc hộp 28 31 Output Chân dự phòng 29 32 Input Cảm biến báo đầu đọc thẻ vị trí trƣớc hộp 30 33 Output Chân dự phòng 31 34 Input Cảm biến báo đầu đọc thẻ vị trí trƣớc hộp 32 35 Output Chân dự phòng 33 36 Input Cảm biến báo đầu đọc thẻ vị trí trƣớc hộp 34 37 Output Chân dự phòng 35 38 Input Cảm biến báo thẻ hộc 36 39 Output Chân dự phòng 37 40 Input Cảm biến báo thẻ ngồi hộc 38 41 Output Chân dự phịng 39 42 Input Cảm biến báo thẻ hộc 21 40 43 Output Chân RS Led LCD 16x2 41 44 Input Cảm biến báo thẻ hộc 42 45 Output Chân Enable Led LCD 16x2 43 46 Input Cảm biến báo thẻ mức cảnh báo hết 44 47 Output Chân D4 Led LCD 16x2 45 48 Input Nút nhấn reset lại chƣơng trình nạp thẻ đầy hộp dự trữ 46 49 Output Chân D5 Led LCD 16x2 47 50 Input Nút nhấn thực chức yêu cầu xuất thẻ từ ngƣời dùng 48 51 Output Chân D6 Led LCD 16x2 49 52 Output Chân dự phòng 50 53 Output Chân D7 Led LCD 16x2 51 Output Chân dự phòng 52 Output Chân dự phòng 22 c) Khối điều khiển động Các động đƣợc điều khiển mạch kích relay xử dụng relay đơn 5V Sử dụng Transistor TIP147 để kích relay dùng mạch cách ly sử dụng PC847 Hình 3.9: Sơ đồ mạch kích relay điều khiển động IC PC847 tích hợp bốn IC PC817, Optocoupler đóng vai trị IC cách ly quang Bao gồm diode led transistor NPN bên Hình 3.10: Optocoupler PC847 Chân điều khiển Arduino cấp nguồn cho diode led nối chân số dẫn đến hiệu ứng quang điện transistor bên IC dẫn thơng chân 3,4 23 d) Khối cảm biến hồng ngoại Hình 3.11: Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại Cảm biến sử dụng loại cảm biến hồng ngoại, sử dụng ic so sánh LM339N cho tín hiệu ngõ mức logic Cảm biến đƣợc phân bố 13 vị trí: + cảm biến đặt phía hộc thẻ để kiểm tra thẻ hộc hay hết + cảm biến đặt vị trí dịch chuyển vitme cho phép đầu đọc dừng vị trí xuất thẻ hộc thẻ + cảm biến đặt vị trí ngõ thẻ để xuất thẻ + cảm biến đặt vị trí dự phịng hộc thẻ thứ nhằm phát tín hiệu báo động số lƣợng thẻ hộc cuối gần hết e) Khối hiển thị Khối hiển thị bao gồm bóng đèn led cảnh báo cảm biến tác động, led nhấp nháy báo mạch có nguồn chạy ổn định, còi báo động 5v, led LCD 16x2 để hiển thị số lƣợng thẻ xuất Hình 3.12: Led LCD 16x2 24 3.1.4 T ết kế ề a) Về nguyên tắc vận hành máy nhả thẻ: + Khi cấp nguồn khởi động máy nhả thẻ máy delay thời gian giây + Máy kiểm tra cảm biến vị trí đầu đọc chạy chƣơng trình điều khiển động có gắn trục vitme cho đầu đọc di chuyển đến hộc thẻ + Tiếp theo máy kiểm tra cảm biến vị trí hộc cịn thẻ hay khơng, cịn thẻ kết thúc chƣơng trình khởi động + Ngƣời sử dụng đến điểm dừng cố định cạnh bên máy nhả thẻ, sau nhấn nút xuất thẻ, máy nhả thẻ chạy chƣơng trình xuất thẻ từ hộc kích tín hiệu đầu đọc cho phần mềm lƣu thông tin khách hàng chạy thẻ cho khách đồng thời kích tín hiệu mở barie cho khách vào bãi + Trƣờng hợp I: Nếu hộc thẻ máy tự động chạy chƣơng trình cho động chạy đầu đọc sang hộc nhƣ đến hộc cuối + Trƣờng hợp xảy lỗi II: Khi xuất thẻ lần đầu thẻ bị kẹt khơng khỏi hộc đƣợc máy tự động chạy chƣơng trình đẩy thẻ tiếp, lặp lại lần khơng đƣợc máy chuyển vị trí đầu đọc thẻ sang hộc chạy chƣơng trình xuất thẻ hộc tiếp theo, nhƣ hộc cuối + Trƣờng hợp lỗi III: Khi thẻ khỏi hộc nhƣng đầu đọc khơng đọc đƣợc tín hiệu thẻ chết chip máy tự động nuốt thẻ ngƣợc lại vào hộc thẻ lỗi xuất thẻ khác cho khách hàng Khi máy cịn 50 thẻ phát tín hiệu báo động cho nhân viên bổ xung thẻ cho hộc dự trữ b) Sơ đồ giải thuật: 25 26 27 28 Hình 3.13: Sơ đồ giải thuật 29 ẾT QUẢ VÀ HƯƠNG HƯỚNG HÁT TRIỂN 4.1 S 4.1.1 ẩ ết qu ềt t so vớ ề ã ềr Hình 4.1: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng bãi giữ xe thông minh - Qua trình thực nội dung Luận Văn Tốt Nghiệp em thu đƣợc kết cuối máy nhả thẻ RFID tƣơng đối mức hoàn thiện Máy đáp ứng đƣợc yêu đầu đặt đề cƣơng luận văn tốt nghiệp: + Hồn thiện mơ hình máy nhả thẻ sử dụng RFID + Tốc độ xử lý nhanh vòng giây + Tự động sửa lỗi phát sinh trình vận hành + Trữ lƣợng thẻ dự trữ >1000 thẻ 30 4.1.2 ết qu t - Do kinh nghiệm em thiết kế mạch in nhiều thiếu sót nên thiết kế mạch in đáp ứng tính ổn định chƣa cao - Tín hiệu cảm biến cịn bị nhiễu dẫn đến phát sinh lỗi trình vận hành máy - Phần cứng máy nhiều chi tiết phức tạp sai số khí nên q trình sửa chữa khó khăn 4.1.3 ết qu thê o dự k ế Kiểm soát đƣợc số lƣợng thẻ xuất máy hiển thị kết lên hình LCD - 4.1.4 N ữ t u v k k a) Thu - Đƣợc hỗ trợ tận tình giáo viên hƣớng dẫn bạn bè giúp em hoàn thành đề tài Luận văn tốt nghiệp - Kiến thức thiết kế mạch in, phần mềm thiết kế kinh nghiệm hàn mạch in đƣợc giảng dạy trình em học trƣờng - Kiến thức lập trình ngơn ngữ lập trình em học đƣợc với hỗ trợ tận tình giáo viên hƣớng dẫn giúp em xử lý đƣợc phầm mềm máy dễ dàng - Nguồn tài liệu tìm hiểu đƣợc mạng internet đa dạng giúp hạn chế đƣợc nhiều khó khăn em k b) - Do tính chất làm luận văn cá nhân nên việc giải vấn đề phần cứng khí em tƣơng đối khó khăn khơng phải chun mơn khơng có hỗ trợ nhiều nên có ý tƣởng mang tính cá nhân chƣa thực hồn hảo - Kiến thức cịn thiếu sót nên phải nhiều thời gian tìm hiểu làm chậm tiến độ - Phần boar mạch thiết kế có diện tích lớn nên khó khăn gia cơng mạch in 4.2 Ứ d Máy nhả thẻ đƣợc ứng dụng hệ thống giữ xe thông minh, phần quan trọng thiếu hệ thống giữ xe tự động hóa hồn tồn Máy nhả 31 thẻ thay ngƣời nhân viên phát thẻ bãi xe có vào cho xe riêng biệt Hình 4.2: Sản phẩm máy nhả thẻ ứng dụng bãi giữ xe thơng minh - Ngồi máy nhả thẻ đƣợc ứng dụng thêm hạng mục khác nhƣ: Hình 4.3: Bán vé rạp chiếu phim Hình 4.4: Bán vé tàu điện ngầm 32 Hình 4.5: Trạm thu phí đường cao tốc 4.3 ướ át tr ể ềt - Hiện sản phẩm em mang tính chất mơ hình thử nghiệm nên thiết kế khí cịn sơ sài, cần cải thiện lại phần khí máy cho hơn, tháo lắp sửa chữa dễ dàng - Phần board mạch thiết kế lớp để diện tích board nhỏ lại - Lựa chọn linh kiện điện tử có tính ổn định cao bền - Phát triển thêm ý tƣởng báo lỗi trung tâm qua thiết bị wifi SMS máy xảy lỗi - Ngoài kèm với máy nhả thẻ em phát triển thêm máy nhận thẻ máy thối tiền để hồn thiện mơ hình tự động hóa giữ xe thông minh