Xây dựng và phân tích hệ thống quản lý gara ôtô tự động

Điện tử đã đápứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau chođến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày.. Mạch cảm biến được ứng dụng rấtnhiều

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2013

Giảng viên hướng dẫn:

NGUYỄN THU HÀ

Đề tài: Xây dựng và phân tích hệ thống quản

lý gara ôtô tự động.

Bảng phân công công việc nhóm 5:

Nguyễn văn Khánh Đặt vấn đề và thiết kế mặt bằng gara.

Đỗ văn Huy Thiết kế hệ thống điều khiển.

Phạm văn Khải Xây dựng sơ đồ khối tổng quát,chọn

cảm biến và các thiết bị khác.

Hoàng văn Khắc Thiết kế hệ thống báo chữa cháy,đèn

chiếu sáng và hệ thống quạt thông gió.

Phạm tuấn Khanh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

A ĐẶT VẤN ĐỀ 6

I TỔNG QUAN 6

1.Vấn đề hiện nay 6

2.Khái niệm gara ôtô 7

3 Yêu cầu chung của gara: 8

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 9

I THIẾT KẾ GARA OTO VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 9

1 Giới hạn thiết kế và yêu cầu công nghệ : 9

2 Mô hình gara và vị trí các thiết bị điều khiển cổng vào ra 9

II CÁC HỆ THỐNG KHÁC 20

1 Hệ thống báo chữa cháy 20

2 Hệ thống thông gió 24

3 Hệ thống đèn chiếu sáng 25

III CHỌN THIẾT BỊ : 27

1 Bộ điều khiển logic khả trình Siemen PLC S7 200 CPU226 27

2 Cảm biến quang : 28

3.Đầu báo khói dạng Beam Hochiki Spc-24 29

4.Cảm biến ánh sang Luna 126 star: 30

5.Rơ le (relay) 31

6.Công tắc tơ: 31

7.Công tắc hành trình 31

8 Màn hình hiển thị TD 200 32

9.Quạt thông gió: 33

12 Chọn Aptomat 35

III XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 35

1 Sơ đồ khối tổng quát: 35

2 chức năng từng khối : 35

IV KẾT LUẬN 38

1 ƯU ĐIỂM CỦA GARA ÔTÔ TỰ ĐỘNG 38

2 NHƯỢC ĐIỂM 38

3 KẾT LUẬN NỘI DUNG ĐỀ TÀI 38

4 CÁC HẠN CHẾ 38

5 BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 39

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiêntiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đạihơn

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với cácđặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tốrất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng caohơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đápứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau chođến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trongnhững ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là các mạchcảm biến với các linh kiện tích hợp cao Mạch cảm biến được ứng dụng rấtnhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bịđiều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một

mạch ứng dụng của cảm biến đó là xây dựng và phân tích hệ thống quản lý gara ôtô tự động dùng một số loại cảm biến đã học.

Tuy nhiên, trong khi thực hiện đề tài vì thời gian, tài liệu và trình độ cònhạn chế nên việc thực hiện bài tập lớn còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhậnđược sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của Thầy Cô giáo cùng các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

A ĐẶT VẤN ĐỀ

- Hiện nay, việc gia tăng đến chóng mặt của các phương tiện giao thông đangkhiến TP Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, và nhiều thành phố khác của nước ta đứngtrước cơn khủng hoảng bãi đỗ xe Các bãi đỗ xe trong thành phố mới chỉ đápứng được 30% nhu cầu của người dân, 70% còn lại là các bãi đỗ xe trái phép, saiphép.

Hình ảnh những chỗ đỗ xe tự phát

Chật chội và thiếu thốn đó là hình ảnh quen thuộc của những bãi đỗ xe trênđịa bàn Thành Phố Dạo một vòng quanh thành phố, các bãi đỗ, trông giữ xe đuanhau mọc lên Vỉa hè nên trên khá nhiều tuyến phố bị tận dụng, chăng dây thànhbãi đỗ xe

Tại các khu chung cư hay khu đô thị mới, các khu văn phòng do các bãi đỗ

xe không đáp ứng được nhu cầu, sân chơi cũng bị tận dụng biến thành bãi giữ

xe Dưới lòng đường, ôtô, taxi dù cũng chen nhau, nối thành những hàng dài, lấnchiếm lòng đường

- Đã có nhiều bãi đỗ xe được mở ra, nhưng trong quá trình vận hành có

Vì vậy để giải quyết vấn đề đó người ta đã thiết kế các gara ôtô đặc biệt là cácgara ôtô tự động.

Hình ảnh những gara ôtô tự động

Sau đây chúng em xin xây dựng một hệ thống gara ôtô tự động đang khá phổbiến ở nước ta hiện nay

2.Khái niệm gara ôtô

- Gara: là nơi đậu xe cho ô tô

- Trong thực tế gara oto tự động được sử dụng rộng rãi và điều khiển

bằng hệ thống PLC Cùng các bộ phận chủ yếu: cảm biến, hệ thống báo

cháy, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống thông gió, các đèn bào tín hiệu

3 Yêu cầu chung của gara:

- Các cảm biến phải báo chính xác

- Hệ thống đèn chiếu sáng tốt, tiết kiệm mà vẫn đủ độ sáng cần thiết.

- Các thiết bị phải có độ bền cao và tuổi thọ vận hành lớn

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị

- Vốn đầu tư phù hợp

- Chi phí vận hành thấp

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Thiết kế gara oto và hệ thống điều khiển

1 Giới hạn thiết kế và yêu cầu công nghệ :

-Phân tích và xây dựng hệ thống quản lí gara oto tự động gồm 2 loại xe.Chứa tối đa 50xe lớn và 30 xe nhỏ, xe lớn >= 24 chỗ,xe nhỏ <24 chỗ,ta giới hạncho xe lớn nhất của xe lớn là xe 50 chỗ,xe lớn nhất của xe nhỏ là 24chỗ Với 2cửa vào/ra riêng rẽ

-Với yêu cầu của đề tài,dựa vào các kiến thức đã học và tìm hiểu, chúng emchọn thiết bị cảm biến quang để nhận biết và phân loại xe tại cổng ra vào Sửdụng bộ điều khiển logic khả trình PLC điều khiển hệ thống Các thiết bị khí cụđiện như rơ le, công tắc tơ,công tắc hành trình để chấp hành đóng cắt và điềukhiển các thiết bị công suất Màn hình hiển thị và các đèn báo tín hiệu để thôngbáo có xe,mật độ xe trong gara và các vấn đề khác Một số thiế bị khí cụ an toànđiện và hệ thống khác như Aptomat,hệ thống báo chữa cháy,hệ thống đèn chiếusáng và hệ thống quạt thông gió,thiết bị hiển thị, đèn báo tín hiệu để đảm bảocho gara hoạt động an toàn và có hiệu quả

2 Mô hình gara và vị trí các thiết bị điều khiển cổng vào ra.

-Tính toán chọn khích thước:

- Đối với gara trong đề tài này, gara được xây dựng ngoài trời, chiều caocửa ra vào là 3.2m, chiều dài của cổng ra vào là 10m tính từ vị trí bắt đầu lắp đặtcảm biến tới hết cửa vào gara,chiều rộng của cổng là 3m, khoảng cách đậu xecách tường tối thiểu 2m bên sườn xe và khoảng cách đỗ giữa các xe lớn là1m,khoảng cách trước và sau xe lớn là 10m,khoảng cáh giữa các xe nhỏ là1m,khoảng cách phía trước và sau xe nhỏ là 6.5m

- Theo giới hạn thiết kế bãi đỗ xe: Ta quy ước xe lớn nhất trong loại xe lớn

là xe 50 chỗ Xe lớn nhất trong loại xe nhỏ là xe 24 chỗ Ta giả sử trong bãi có

Vậy diện tích mặt bằng khu để xe là 7200m 2

(chưa gồm diện tích cổng ra vào)

Nơi điều khiển

Xe lớn

Xe nhỏ (30 xe) Cửa vào Cửa ra

10m 6.5m

10m

10m

7m

Xe lớn 2m

2.m WC

2.1 Cảm biến quang,vị trí cảm biến và nguyên lý hoạt động cổng vào ra 2.1.1 Cảm biến quang nhận biết phân loại xe :

Định nghĩa:

- Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượngvật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được(như dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng ) Nó là thành phần quan trọngnhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động Cũng có mặttrong các hệ thống phức tạp, người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệmnăng lượng chống ô nhiễm môi trường và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giaothông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ôtô, trò chơi điện tử, v.v

- Với đề tài này chúng em sử dụng cảm biến quang (theo dõi xe ra vào), vàcảm biến nhiệt, cảm biến khói (dùng trong hệ thống báo cháy)

a.Nguyên tắc hoạt động

 Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang như sau:tín hiệu quang từ bộphát quang không bi cản nó vẫn truyền tới bộ thu bộ thu giữ nguyên trạng tháiđầu khi có vật cản đường truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu,bộ thu sẽchuyển trạng thái đầu ra

Tính sóng hạt, ta quan sát thí nghiệm:

Chùm tia sáng

Kính lọc sắt

Theo hiệu ứng Compton khi các phôton ánh sáng có tần số thích hợp đập lên

bề mặt Katôt, các electron trên bề mặt điện cực Katôt bị kích thích tích luỹ thêmnăng lượng đủ lớn để thắng được công liên kết, nó sẽ bức ra khỏi bề mặt Katôt

đi về phía Anôt làm tăng độ dẫn điện của phôtôn quang điện, kết quả là gây ra

sự tăng dòng điện trong mạch đi từ Anôt sang Katôt Hiệu ứng này dùng chuyểnđổi quang năng thành điện năng nên nó còn gọi là hiệu ứng quang điện

b Nguồn sáng:

Tia hồng ngoại là một loại ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắtthường Nó là dạng khác của bức xạ điện từ, tồn tại ngay dưới vùng ánh sáng đỏ

có thể nhìn thấy trong dải phổ ánh sáng của bức xạ điện từ

Ngoài hồng ngoại và ánh sáng có thể nhìn thấy được còn có loại ánh sáng thứ

ba gọi là tia tử ngoại tồn tại phía trên vùng ánh sáng tím của ánh sáng có thểnhìn thấy trong dải phổ ánh sáng

Giống như ánh sáng có thể nhìn thấy, tia hồng ngoại có thể truyền qua khôngkhí, nước, các ống thuỷ tinh, ống nhựa

Các thiết bị dùng để phát ra tia hồng ngoại là một Led đặc biệt gọi là Ledhồng ngoại

W P = h.f (Năng lượng của ánh ánh sáng)

W P = W L + W Đ (Năng lượng để phá vở liên kết đồng hoá trị)

W L + W Đ = W B

=>W P  W B

b.1 Led hồng ngoại:

Khi được phân cực thuận cho tiếp giáp P-N thì năng lượng giải phóng do táihợp điện tử-lỗ trống ở gần P-N của led sẽ phát sinh phôtôn hồng ngoại

Led hồng ngoại dùng để phát sáng hồng ngoại

Vật liệu chế tạo nó là GaAs với vùng cấm có độ rộng 1,43eV tương ứng vớibức xạ khoảng 950nm Led hồng ngoại có hiệu suất lượng tử cao hơn so với loạiled phát ra ánh sáng thấy được, vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với sónghồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bấn dẫn để

b.2 Diod quang và tranzitor quang:

Là những phần tử cơ bản dùng để phát hiện tia hồng ngoại

WP  WB, Ucc đặt: Năng lượng phát vào vùng tiếp giáp, phá vỡ hạt ở tiếpgiáp tạo ra hạt dẫn tự do, điện tử được giải phóng về dương nguồn, lỗ trống về

âm nguồn tạo ra dòng quang điện Ip có giá trị vài nA  vài mA, tuỳ thuộc vàovật liệu và bề dày tiếp giáp

Transitor quang:

Photo tranzitor là các tranzitor silic loại NPN mà vùng bazơ được chiếusáng, khi không có điện áp đặt trên bazơ, chỉ có điện áp đặt trên C, chuyển tiếpB-C phân cực ngược

Điện áp đặt vào tập trung hầu như toàn bộ trên chuyển tiếp B-C (phân cựcngược) Trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B không đáng kể (VBC =0.6  0.7V)

Khi tiếp giáp B-C được chiếu sáng nó sẽ hoạt động giống phôt diod ở chế độquang dẫn với dòng ngược Ir

Có thể coi photo tranzitor như tổ hợp của một photo đio và một transitor Photo diod cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn transitor cho hiệu ứngkhuếch đại  Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ (dưới tác dụngcủa ánh sáng) sẽ bị phân chia dưới tác dụng của điện trường trên chuyển tiếp B-C

R m

R m

I r

Đặc điểm:

Photo transitor có thể dùng làm bộ chuyển mạch, ở chế độ này nó có ưuđiểm hơn so với photo diod là cho phép điều khiển một cách trực tiếp dòng chạyqua tương đối lớn

Cả hai đều nhạy với tia hồng ngoại và thường được sử dụng để phát hiện tiahồng ngoại

c Các ứng dụng của cảm biến quang thường gặp trong thực tế

-Điều khiển từ xa

-Xác định vật cản

-Xác định vị trí

Với đề tài này chúng em chon cảm biến quang E3JK của hãng OMRON.

2.1.2 Mô hình vị trí cảm biến quang và nguyên lý hoạt động cổng vào ra.

- Cảm biến S2 là cảm biến quang đặt trước cửa vào để nhận biết có xe vàogara.

- Cảm biến S3 đặt sau cảm biến S2 một đoạn 7m Cùng với cảm biến S2 đểphân loại cho xe nhỏ hoặc xe lớn vào gara Thanh chắn đặt sau cảm biến S3 1m

- Cảm biến S1 là cảm biến đặt sau thanh chắn cửa vào để nhận biết xe đãvào gara chưa

- Cảm biến S8 là cảm biến quang đặt ngay trước cửa ra để nhận biết có xe rakhỏi gara

- Cảm biến S7 đặt sau cảm biến S8 một đoạn 7m về phía cuối cửa ra Cùngvới cảm biến S8 để phân loại cho xe nhỏ hoặc xe lớn ra khỏi gara Thanh chắnđặt sau cảm biến S7 1m

- Cảm biến S6 là cảm biến đặt sau thanh chắn cửa ra để nhận biết xe đã rakhỏi gara chưa

- Hai đèn xanh, đỏ đặt trước của vào báo hiệu cho xe có còn chỗ hay không.+ Đèn xanh không sáng báo hiệu xe nhỏ được vào Đèn xanh sáng thì báohiệu xe nhỏ không được vào

+ Đèn đỏ không sáng báo hiệu cho xe lớn được vào Đèn đỏ sáng báo hiệu

xe lớn không được vào

- Các công tắc hành trình CT1, CT2, CT3, CT4 để điều chỉnh 2 thanh gạt ở 2cửa ra, vào Sao cho hai thanh này di chuyển một góc là 900

-Nguyên lý hoạt động :

Ta có sơ đồ giả thuật:

Chú thích:

-Đường chỉ dẫn có giả thiết sai kí hiệu là S

-Đường chỉ dẫn có giả thiết đúng kí hiệu là Đ

-C1 đếm xe lớn hiện có trong bãi xe

Xe lớ n Bắt đầu

Giả sử lúc này cả hai đèn xanh, đỏ đều không sáng vì thế cả hai loại xe đềuđược phép vào.

- Khi có xe vào: S2 nhận tín hiệu, báo hiệu là có xe vào

+ Nếu S2 và S3 cùng nhận tín hiệu thì xe vào là xe lớn Bộ đếm tổng số xelớn hiện có trong gara bằng số xe cũ cộng thêm một (C1=C1+1) Nếu C1=50 thìđèn đỏ sáng báo hiệu cho xe lớn không được vào Nếu C1<50 thì đèn đỏ khôngsáng báo hiệu còn chỗ cho xe lớn Bộ đếm tổng số xe nhỏ trong gara được giữnguyên (C2=C2)

+ Nếu S2 và S3 không cùng nhận được tín hiệu thì xe vào là xe nhỏ Bộ đếmtổng số xe lớn trong gara bằng số xe cũ (C1=C1) Bộ đếm tổng số xe nhỏ tronggara bằng số xe cũ cộng thêm một (C2=C2+1) Nếu C2=30 thì đèn xanh sáng.Báo hiệu cho xe không còn chỗ cho xe nhỏ Nếu C2<30 thì đèn xanh khôngsáng báo hiệu còn chỗ cho xe nhỏ vào

+ Khi S2, S3 đã phân biệt được xe lớn, xe bé để xem loại xe đó còn chỗ haykhông thì sẽ tác động cho đóng mạch điện cho động cơ của thanh gạt tại cửa vàolàm thanh gạt mở ra,thanh gạt mở thẳng lên (tức là vuông góc với mặt đất) thìtác động vào CT2 tắt mạch điện của động cơ và làm thanh gạt dứng lại và cho

xe vào Khi cảm biến S1 nhận biết xe đã vào bãi thì truyền tín hiệu tới PLC tácđộng đóng mạch cho động cơ của thanh gạt tại cửa vào làm thanh gạt đóngxuống (nhưng thanh gạt chỉ đóng xuống sao cho song song với mặt đất thì tácđộng vào công tắc hành trình CT1 làm ngắt điện động cơ và thanh gạt đứng lại)

- Khi có xe ra: S8 nhận tín hiệu, báo hiệu là có xe ra

+ Nếu S7 và S8 cùng nhận tín hiệu thì xe ra là xe lớn Bộ điếm tổng số xe lớnhiện có trong gara bằng số xe cũ trừ đi một (C1=C1-1) Bộ đếm tổng số xe nhỏtrong gara được giữ nguyên (C2=C2)

+ Nếu S7 và S8 không cùng nhận được tín hiệu thì xe ra là xe nhỏ Bộ đểm tổng số xe lớn hiện có trong gara được giữ nguyên Bộ đếm tổng số xe nhỏ hiện

có trong gara bằng số xe cũ trừ đi một (C2=C2-1)

+ Khi S8 nhận được tín hiệu là có xe ra thì sẽ truyền tín hiệu tác động chođóng mạch điện cho động cơ của thanh gạt tại cửa ra, làm thanh gạt mở ra(nhưng thanh gạt mở thẳng lên (tức là vuông góc với mặt đất thì tác động vàoCT4 tắt mạch điện của động cơ và làm thanh gạt dứng lại) và cho xe ra Khi cảmbiến S6 nhận biết xe đã ra bãi thì tác động đóng mạch cho động cơ của thanh gạttại cửa ra làm thanh gạt đóng xuống (nhưng thanh gạt chỉ đóng xuống sao chosong song với mặt đất thì tác động vào công tắc hành trình CT3 làm ngắt điệnđộng cơ và thanh gạt đóng)

II Các hệ thống khác.

1 Hệ thống báo chữa cháy.

-Khái niệm về hệ thống báo cháy tự động:

Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm

vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra Việc phát hiện ra các tín hiệu cháy

có thể được thực hiện tự động bởi các thiết bị hoặc bởi con người, và nhất thiếtphải hoạt động liên tục trong 24/24 giờ

- Với những thiết kế phù hợp, sẽ mang đến những tính năng hữu dụng nhất: + Giúp tránh được những mối nguy hiểm do hỏa hoạn gây ra

+ Báo trước những hiểm họa sắp xẩy ra (nhờ hệ thống các cảm biến,đầu dò)

- Có thể dẽ dàng xử lí khi xảy ra sự cố (nhờ những thiết bị chữa cháy đượcthiết kế phù hợp, hoàn hảo và rất dễ sử dụng)