(Đồ án hcmute) hệ thống bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ iot rfid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT & RFID GVHD SVTH MSSV SVTH MSSV Khố : ThS NGUYỄN NGƠ LÂM : NGUYỄN THANH BÌNH : 13141458 : ĐOÀN NGUYỄN NHƯ BẢO : 13141453 : 2013-2017 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT & RFID SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khóa: Ngành: GVHD: NGUYỄN THANH BÌNH 13141458 ĐỒN NGUYỄN NHƯ BẢO 13141453 2013 ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP ThS NGUYỄN NGƠ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Bình Đồn Nguyễn Như Bảo Ngành: Điê ̣n tử cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhâ ̣n đề tài: 26/02/2017 MSSV: 13141458 MSSV: 13141453 Lớp: 13141CLDT1 ĐT: 0908434763 Ngày nộp đề tài: 11/07/2017 Tên đề tài: Hệ thống bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ IoT & RFID Các số liệu, tài liệu ban đầu: Giáo trình “Lập trình Android ứng dụng điều khiển – Nguyễn VănHiệp” – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tháng 8/2015 Nội dung thực hiê ̣n đề tài : Thiết kế xây dựng giải pháp hệ thống bãi giữ xe thông minh bao gồm phần mềm quản lý giải pháp phần cứng ứng dụng công nghệ lớn IoT RFID Sản phẩm: Hệ thống bãi giữ xe thông minh bao gồm giải pháp phần mềm quản lý phần cứng ứng dụng công nghệ lớn IoT RFID TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦNGHĨAVIỆTNAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình MSSV: 13141458 Đồn Nguyễn Như Bảo MSSV: 13141453 Ngành: Điê ̣n tử công nghiệp Tên đề tài: Hệ thống bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ IoT & RFID Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình MSSV: 13141458 Đồn Nguyễn Như Bảo MSSV: 13141453 Ngành: Điê ̣n tử công nghiệp Tên đề tài: Hệ thống bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ IoT & RFID Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii an Lời cảm ơn Trong thời gian thực đề tài này, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ths.Nguyễn Ngô Lâm giảng viên Bộ môn Điện tử công nghiệp - trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM nói chung, thầy Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Bộ môn Điện tử cơng nghiệp nói riêng dạy dỗ cho chúng em kiến thức môn đại cương mơn học chun ngành, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ông, bà, cha, mẹ anh, chị, em, gia đình ln tạo điều kiện học tập tốt cho chúng Cảm ơn bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đề tài Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2017 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thanh Bình – Đồn Nguyễn Như Bảo i an Lời mở đầu Theo sau phát triển biến động vũ bão kinh tế giới, tốc độ phát triển chóng mặt Khoa học – Kỹ thuật, ngày trung tâm thành phố lớn phát triển mật độ dân cư xe cộ ngày đông đúc Đặc biệt gia tăng số lượng xe ô tô ngày nhiều điều phần phản ánh phát triển quốc gia Từ dẫn đến vấn đề mơi trường, ùn tắc giao thông thiếu bãi đậu, đỗ xe cần cấp thiết giải Điện tử trở thành ngành công nghiệp đa nhiệm Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng từ lĩnh vực công, nông, lâm, ngư nghiệp nhu cầu thiết bị đời sống hàng ngày nhiều Các thiết bị điện tử đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội đôi với phát triển khoa học cơng nghệ Với trình độ khoa học kĩ thuật ngày phát triển Nhiều vấn đề giải nhanh gọn với công nghệ điện tử tự động hóa Các bãi giữ xe truyền thống khơng cịn phù hợp với hầu hết tịa nhà, chung cư hay bệnh viện… rắc mà mang lại Với hệ thống máy giữ xe thẻ từ (máy giữ xe quẹt thẻ) vấn đề nan giải mn thủa vấn đề ùn tắc, tình trạng xe, vé gửi… dường giải triệt để Xuất phát từ vấn đề thiết thực đề tài “Bãi giữ xe thơng minh” chọn cho trình nghiên cứu ii an Mục lục Lời cảm ơn i Lời mở đầu .ii Danh mục hình ảnh vi Danh mục bảng viii Danh mục từ viết tắt viii Chương Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục đích đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Bố cục đồ án Chương Kiến thức 2.1 Cấu trúc tin nhắn SMS 2.2 Sơ lược UART 2.3 Sợ lược chuẩn giao tiếp One-Wire 12 2.4 Sơ lược chuẩn giao tiếp SPI 16 2.5 Sơ lược công nghệ RFID 18 2.6 Sơ lược TCP/IP 19 2.7 Sơ lược ngôn ngữ HTML 24 2.8 Sơ lược ngôn ngữ PHP 28 2.9 Board Arduino Mega 2560 39 2.10 Module ESP-8266 V1 40 2.11 Module Sim900A 44 iii an Chương Thiết kế & xây dựng hệ thống 49 3.1 Giới thiệu tóm tắt 49 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 49 3.1.2 Phương án thiết kế 49 3.2 Thiết kế sơ đồ khối 50 3.3 Thiết kế hệ thống phần cứng 51 3.3.1 Khối xử lý trung tâm 51 3.3.2 Khối giao tiếp mạng 53 3.3.3 Khối giao tiếp SMS 54 3.3.4 Khối hiển thị 56 3.3.5 Khối cảm biến 57 3.3.6 Khối động 59 3.3.7 Khối chuông báo 60 3.3.8 Khối nguồn 61 3.3.9 Sơ đồ ngun lí tồn mạch điều khiển 63 3.3.10 Thiết kế mạch nạp cho ESP-8266 64 3.3.11 Thiết kế đầu đọc thẻ RFID-Reader 65 3.4 Thiết kế phần mềm 66 3.4.1 Thiết kế phần mềm PC 66 3.4.2 Thiết kế trang web điều khiển 67 3.5 Thiết kế cú pháp tin nhắn điều khiển 70 Chương Kết thực 71 4.1 Phần cứng 71 4.1.1 Các công cụ sử dụng 71 4.1.2 Vẽ mạch in mạch thiết kế 71 4.1.2.1 Mạch in mạch nạp ESP-8266 71 4.1.2.2 Mạch in phần Arduino giao tiếp modules 72 iv an 4.1.3 Board mạch hoàn thiện 72 4.1.3.1 Board Arduino giao tiếp modules 72 4.1.3.2 Mạch nạp ESP-8266 73 4.1.3.3 Đầu đọc thẻ RFID 74 4.1.4 Thi cơng mơ hình bãi xe 75 4.2 Chương trình vi điều khiển 75 4.2.1 Lưu đồ giải thuật cho Arduino Mega 76 4.2.2 Lưu đồ giải thuật cho RFID-Reader 78 4.2.3 Chương trình cho Arduino Mega 79 4.2.4 Chương trình cho RFID-Reader 79 4.3 Phần mềm 81 4.3.1 Phần mềm quản lý bãi xe PC 81 4.3.1 Website điều khiển quản lý bãi xe 83 Chương Đánh giá 87 Chương Kết luận & Phạm vi ứng dụng 96 6.1 Kết luận 96 6.2 Hướng phát triển 97 6.3 Ứng dụng tương lai gần 97 Tài liệu tham khảo 99 Phụ lục 100 Code chương trình cho vi điều khiển 100 1.1 Chương trình cho Arduino Mega 100 1.2 Chương trình cho ESP-8266 100 1.3 Chương trình cho RFID-Reader 100 AT Mega 2560 Datasheet 100 AT Mega 328 Datasheet 100 Sim900A Datasheet 100 v an Chương Đánh giá Sau hoàn thiện ta tiến hành chạy thử toàn hệ thống để kiểm tra độ ổn định, củng tính xác độ trễ điều khiển Sau thực nghiệm ta thấy mạch hoạt động thời gian dài mạch điều khiển chạy ổn định bị tác động nhiễu, IC ổn áp nguồn AC-DC có nóng khơng ảnh hưởng đến hoạt động mạch Kế tiếp ta tiến hành kiểm tra chức năng:      Các chức phần mềm quản lý bãi xe RFID PC Đặt chỗ qua tin nhắn SMS Đặt chỗ qua website Việc vận hành thiết bị hệ thống Điều khiển thiết bị hệ thống website cơng nghệ IoT Cụ thể q trình kiểm tra hoạt đông phần mềm chức cịn lại xem cụ thể phần Video Demo theo đường link:  Phần mềm quản lý bãi xe: https://www.youtube.com/watch?v=NqkSrc5ONAc  Hệ thống mơ hình bãi xe: https://www.facebook.com/binhnguyen2595/videos/801249893368502/ Ở trình bày lại bảng tóm tắt củng vài hình ảnh trình kiểm tra Quá trình kiểm tra tiến thành theo trình tự thực việc khởi động lại hệ thống, kiểm tra chức đặt chỗ điều khiển thiết bị qua website Ta qua sát thông tin hiển thị LCD, thông tin phản hồi hình điện thoại giao diện trang web Sau khởi động mạch điều khiển phần mềm PC, ta tiến hành kết nối camera, đầu đọc thẻ RFID phần mềm sau tiến hành kết nối phần mềm PC với mạch điều khiển Hình ảnh sau bước kết nối hồn tất hình 5.1 5.2 87 an Hình 5.1 Giao diện phần mềm hồn tất kết nối Hình 5.2 Màn hình LCD hồn tất kết nối Tiếp theo ta tiến hành kiểm tra chức đặt chỗ qua SMS Ta tiến hành nhắn tin với cú pháp “DC - BSX” sau hệ thống xử lý lưu thơng tin đặt chỗ cịn chỗ trống, gữi tin nhắn phản hồi “Đặt chỗ thành công”, xử lý gửi lại tin nhắn “Bãi xe đầy” hết chỗ trống hình 5.3 88 an Hình 5.3 Tin nhắn phản hồi đặt chỗ Tiếp đến ta tiến hành kiểm tra chức đặt chỗ qua website Ta tiến hành truy cập vào trang web hệ thống theo địa chỉ: http://bbteam.890m.com/, sau chọn phần giao diện người dùng truy cập trực đường link: http://bbteam.890m.com/user.php? Sau ta điền biển số xe cần đặt nhấn nút “Đặt chỗ”, trang web thông báo “Đặt chỗ thành công” “Bãi xe đầy” Kết hình 5.4, 5.5 5.6 89 an Hình 5.4 Trang web chƣa đặt chỗ Hình 5.5 Trang web đặt chỗ thành cơng 90 an Hình 5.6 Trang web đặt chỗ khơng thành cơng Nếu đặt chỗ thành cơng hệ thống gữi biển số xe đặt chỗ hiển thị lên phần mềm quản lý bãi xe, kết hình 5.7 Hình 5.7 Giao diện phần mềm có xe đặt chỗ Kế tiếp tiến hành kiểm tra chức điều khiển thiết bị phần giao diện quản trị viên Ta truy cập vào trang hệ thống, sau chọn quyền truy cập quản 91 an trị viên truy cập trực tiếp tới đường link: http://bbteam.890m.com/login.php? để tới trang đăng nhập vào phần quản lý Ta tiến hành đăng nhập, đăng nhập thành công trang web chuyển đến trang quản lý điều khiển Ta tiến hành điều khiển thử nghiệm việc bật/tắt đèn led chiếu sáng Sau nhấn vào nút “Bật đèn” hệ thống xử lý bật đèn Kết hình 5.8, 5.9, 5.10 5.11 thiết bị khác ta điều khiển tương tự Hình 5.8 Giao diện web chƣa điều khiển bật đèn 92 an Hình 5.9 Đèn trạng thái tắt Hình 5.10 Giao diện web điều khiển bật đèn 93 an Hình 5.11 Đèn chuyển sang trạng thái mở Sau kiểm tra thành công tất chức mạch ta tiến hành thống kế thời gian đáp ứng của:     Tin nhắn điều khiển Tin nhắn phản hồi Truyền/nhận thông tin đặt chỗ qua website Điều khiển thiết bị qua website Qua để biết thời gian đáp ứng độ trễ việc điều khiển Các số liệu thời gian trình bày bảng đây, thời gian thực nghiệm ghi lại qua quan sát suốt trình kiểm tra hoạt động điều khiển quan sát lại thơng qua Video Demo đường link nêu 94 an Các số liệu điều khiển qua tin nhắn STT Tin nhắn điều khiển Thời gian đáp ứng Thời gian trả lời tin nhắn phản hồi Tin nhắn đặt chỗ Khoảng 3s “Dat cho cong” khoảng 4s “Bai xe da day” khoảng 4s “He thong dang tam dung” khoảng 4s Các số liệu điều khiển qua website STT Hình thức điều Thời gian đáp ứng Thời gian phản hồi ngược khiển thông tin Đặt chỗ trước Khoảng 4s “Gửi lại liệu báo bãi xe trống/đầy” Khoảng 3s Điều khiển đèn Khoảng 5s // Điều khiển chuông Khoảng 5s // Điều khiển Barrier Khoảng 5s // Ghi chú: Dùng giao thức POST nên độ trễ cao nhƣng nâng cao tính bảo mật so với giao thức GET Bảng Tóm tắt kết thời gian đáp ứng điều khiển Theo kết số liệu điều khiển tin nhắn SMS thấy thời gian phản hồi thường chậm thời gian đáp ứng khoảng 1s, thời gian đáp ứng nằm khoảng 3 5s, thời gian phản hồi nằm khoảng 4 6s Từ kết số liệu điều khiển website ta thấy thời gian phản hồi thường nhanh thời gian đáp ứng khoảng 1s, thời gian đáp ứng nằm khoảng 4 7s, thời gian phản hồi nằm khoảng 3 6s Thời gian đủ để đáp ứng yêu cầu điều khiển, thời gian trễ tăng lên điều kiện Host, sóng khơng ổn đinh nhà mạng đường truyền internet Từ thực nghiệm ta kết luận hệ thống hoạt động ổn định, đạt yêu cầu đặt có nhiều điểm cần cải thiện Website điều khiển bị chậm sơ với số liệu gặp lỗi hoạt động điều kiện Host trang web ta dùng Host Free cho web hệ thống 95 an Chương Kết luận & Phạm vi ứng dụng 6.1 Kết luận Sau thời gian thực đề tài đến nhóm hồn thành u cầu đặt ra, thiết kế thi công thành công mơ hình bãi giữ xe thơng minh ứng dụng cơng nghệ IoT, kết hợp với phần mềm quản lý bãi xe ứng dụng cơng nghệ RFID Hồn thành đề tài giúp cho nhóm nắm thêm nhiều kiến thức bổ ích như:  Hiểu lập trình Board Arduino thông dụng ứng dụng điều khiển  Hiểu thêm chuẩn phương thức giao tiếp thường gặp với vi điều khiển như: UART, One-Wire, SPI…  Lập trình, kết hợp cảm biến thơng dụng ứng dụng điều khiển như: cảm biến sóng âm, cảm biến quang, cảm biến nhiệt…  Lập trình điều khiển ESP-8266 cho ứng dụng IoT  Lập trình điều khiển SIM900A cho ứng dụng SMS  Nguyên lý hoạt động, cách điều khiển ứng dụng công nghệ RFID  Nguyên lý hoạt động cách điều khiển động servo  Có thêm nhiều kiến thức lập trình web với ngơn ngữ: HTML, CSS, PHP, JavaScript…  Có thêm nhiều kiến thức lập trình phần mềm C#  Ứng dụng nhiều công cụ hỗ trợ lập trình xử lý hình ảnh, SQL… C# Bên cạnh thời gian kiến thức cịn hạn hẹp nên không tránh khỏi số điều cần cải thiện như:      Khả chống nhiễu ánh sáng cho cảm biến quang Tốc độ điều khiển qua SMS qua website Chưa có tính tự động nhận diện biển số cho phần mềm quản lý Website chưa hiển thị tốt kích cỡ hình khác Vì xài Host Free nên website hoạt động có lúc bị chập chờn 96 an  Kiến thức web ít, thông số gửi lên web chưa mang tính thời gian thực  Vấn đề bảo mật website chưa cao 6.2 Hướng phát triển Qua điểm cần cải thiện nêu đề tài phát triển theo hướng rộng hoàn thiện như:  Tích hợp, thay thêm nhiều cảm biến để nâng tính ổn định, thơng minh cho hệ thống  Lập trình thêm chức tự động nhận dạng biển số, nhận diện người lái xe cho phần mềm quản lý  Kết hợp thêm pin lượng mặt trời đặt bãi xe, hướng đến sử dụng nguồn lượng sạch, xanh tiết kiệm  Lập trình website hiển thị tốt nhiều kích cỡ hình  Mở rộng thêm hệ thống website điều khiển nhằm tăng lợi nhuận qua việc quảng cáo ứng dụng thực tế  Cải thiện khả đáp ứng web server để giám sát điều khiển cách nhanh chóng  Tăng cường tính bảo mật để hệ thống hoạt động bảo mật  Mở rộng thêm mạng lưới để điều khiển nhiều hệ thống 6.3 Ứng dụng tương lai gần Do thiết kế dạng mơ hình, nên phần cứng hệ thống cần cải thiện nhiều để ứng dụng vào thực tế Tuy nhiên, hệ thống vận hành yêu cầu đề ứng dụng vào:  Làm giải pháp cho bãi xe có cơng nghệ thơng minh  Làm phương thức quản lý, điều khiển cho bãi xe thông minh, đại  Tạo tiền đề phát triển cho hệ thống IoT Phần mềm quản lý bãi xe lập trình lại để kết nối với camera an ninh công nghiệp, camera IP để ứng dụng vào quản lý bãi xe cho trung tâm thương mại, siêu 97 an thị, trường học… tương tự với hệ thống phần mềm quản lý bãi xe thơng minh có 98 an Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình “Lập trình Android ứng dụng điều khiển – Nguyễn Văn Hiệp” – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tháng 8/2015 [2] Giáo trình “Thực tập vi điều khiển PIC – Nguyễn Đình Phú” – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tháng 8/2015 [3] Các Datasheet linh kiện phần phụ lục 99 an Phụ lục Code chương trình cho vi điều khiển 1.1 Chương trình cho Arduino Mega 1.2 Chương trình cho ESP-8266 1.3 Chương trình cho RFID-Reader AT Mega 2560 Datasheet AT Mega 328 Datasheet Sim900A Datasheet ESP-8266 Datasheet Video Demo Hướng dẫn vận hành hệ thống      B1: Kiểm tra mối nối dây điện, thiết bị B2: Bật nguồn, khởi động hệ thống B3: Kiểm tra thiết bị có nguồn chưa B4: Gắn đầu đọc thẻ, camera, khối xử lý trung tâm với PC qua cổng USB B5: Mở phần mềm máy tính, kết nối đầu đọc thẻ, camera, khối xử lý trung tâm  B6: Khi có xe vào, gạt đầu đọc thẻ qua vị trí “I” quét thẻ, Barrie tự mở  B7: Khi có xe ra, gạt đầu đọc thẻ qua vị trí “O” quét thẻ, Barrie tự mở  B8: Đặt chỗ trước có cách: qua SMS Website 100 an S an K L 0