Với đề tài mà nhóm nghiên cứu là bãi đỗ xe thông minh qua những hình ảnhmà nhóm tự cung cấp và tìm hiểu nên đã tự làm ra một mô hình tương tự mang tínhchất minh họa nhằm nâng cao khả năn
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khái niệm bãi đỗ xe thông minh
Bãi đỗ xe thông minh là cho phép người đỗ xe một cách dễ dàng và tiện lợi, phù hợp với quy mô lớn và nhỏ thích hợp cho thời đại công nghệ 4.0 Bãi đỗ xe thông minh không chỉ là việc mở cổng mà còn có chức năng giám sát xe đỗ một cách an toàn và tự động soát vé một cách tự động.
1.1.1 Những thiết yếu về bãi đỗ xe thông minh
Với số lượng xe lớn nhằm đám ứng bãi đậu cho các xe ra vào của các doanh nghiệp hay thành phố lớn, bãi đỗ xe thông minh là lựa chọn hàng đầu cho các xí nghiệp lớn và nhỏ kể cả thành phố.
Giảm thiểu được nhân lực và tiết kiệm được chi phí, thời gian công sức và mang tính hiện đại hóa.
1.1.2 Những lợi ích của bãi đỗ xe thông minh
Với hệ thống tự động là nên việc có ích mà nó mang lại khá nhiều:
Giảm thiểu được nhân công giữ xe và soát vé.
Độ tin cậy và bảo mật cao.
Tiết kiệm được chi phí và thời gian.
Không gây ùn tắt giao thông bảo vệ môi trường.
Phương thức quản lí hiện đại.
Mô hình
Hình 1.1: Bãi đỗ xe thông minh
Với hệ thống gác chắn tự động và cảm biến quét thẻ hay vật cản, cùng với camera giám sát giúp cho việc đỗ xe dễ dàng hơn như trước.
Hệ thống bãi đỗ có 2 luồng, vào và ra cho phép kiểm soát xe vào và ra, dễ dàng cho việc đậu xe ra và vào.
Cảm biến hay camera để giám sát đảm bảo cho lượng xe đậu được an toàn, cũng như thuận tiện cho người đậu mang tính bảo mật cao.
1.3 Những yêu cầu kỹ thuật Đối với bãi đỗ xe trên về yêu cầu kỹ thuật không cần cao, dễ dàng thiết kế cho người làm cũng như người vận hành, cho nên việc thiết kế và tạo ra bãi đỗ xe thông minh trên khá đơn gian không phức tạp.
Với mô hình trên chỉ yêu cầu người có tay ngề vừa đủ, và biết cách vận dụng những yếu tố cảm biến hay sử dụng động cơ cho mô hình thì sẽ hoạt động tốt.
Những yếu cầu kỹ thuật
PLC là từ viết tắt của Programmanle Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được ( khả trình ) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích ( ngõ vào ) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo
Hình 2.1: PLC S7-200 ( Siemens) Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens ( Đức ), Omron ( Nhật Bản ), Mitsubishi ( Nhật Bản ), Delta ( Đài Loan)…
Ngôn ngữ lập trình: Có những ngôn ngữ lập trình phổ biến, ví dụ như : LAD ( dạng hình thang ), FBD ( khối chức năng ), STL ( Liệt kê lệnh ) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
Một khi sự kiện được kích hoạt thực sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
PLC VÀ CÁC ỨNG DỤNG
Bộ lập trình PLC
PLC là từ viết tắt của Programmanle Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được ( khả trình ) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích ( ngõ vào ) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo
Hình 2.1: PLC S7-200 ( Siemens) Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens ( Đức ), Omron ( Nhật Bản ), Mitsubishi ( Nhật Bản ), Delta ( Đài Loan)…
Ngôn ngữ lập trình: Có những ngôn ngữ lập trình phổ biến, ví dụ như : LAD ( dạng hình thang ), FBD ( khối chức năng ), STL ( Liệt kê lệnh ) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
Một khi sự kiện được kích hoạt thực sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Tất cả PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau :
- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM.
- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU , có vai trò xử lý các thuật toán.
- Các modul vào/ ra tín hiệu.
Hình 2.1: Cấu trúc bên trong
2.1.3 Nguyên lý hoạt động PLC Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi ( như các sensor, contact,…) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình lập trình sẵn
Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhập tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét xảy ra trong thời gian rất ngắn ( từ 1ms – 100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi.
Hình 2.3: Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động PLC
Đánh giá ưu điểm và nhược điểm PLC
- Dễ dàng thay đổi chường trình theo ý muốn.
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sữa chữa.
- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác.
- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
- Giá phần cứng cao, một số hãng phải mua thềm phần mềm lập trình.
- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao.
Kết nối với PLC
- Để kết nối PLC thông thường một bộ PLC kèm theo dây một sợi dây cáp để kết nới máy tính với PLC, để giúp người thực hiện giao tiếp với PLC trên máy tính.
2.3.1 Hướng dẫn kết nối PLC với máy tính
B1: Kết nối cáp USB PPI giữa máy tính và S7-200.
B2: Kiểm tra máy tính nhận driver chưa:
Chuột phải vào Computer ( This PC) >
B3: Trong cửa sổ Computer Management chọn Device Manager: Kiểm tra có cổng Port và SIMATIC NET là đã nhận driver.
Hình 2.5: 2 cổng Port và Simatic.
B4: Mở phần mềm lập trình PLC Siemen s7-200.
B5: Chọn Communications: Hiện ra một bảng như hình bên dưới, chọn Set
Hình 2.6: Thiết lập cổng trong phần mèm PLC.
B6: Chọn PC/PPI cable(PPI), chọn tiếp Properties để kiểm tra cổng kết nối.
Hình 2.7: Thiết lập cổng trong phần mèm PLC.
B7: Chọn cổng kết nối tương tự như cửa sổ Device Manager trước đó:
Hình 2.8: Thiết lập cổng trong phần mềm PLC.
B8: Nhấn OK coi như việt kết nối hoàn thành PLC với PC.
Hình 2.9: Thiết lập cổng trong phần mềm PLC
Quá trình công nghệ bãi đỗ xe
Tìm hiểu nguyên lí hoạt động
Dựa vào cách hoạt động của bãi giữ xe ngoài thị trường, nhóm nãy ra một ý tưởng xử dụng công tắc hành trinh để điều khiển động cơ hoạt động theo ý muốn, với công tắc hành trình cùng với relay là các trang bị điện nhằm giúp DC hoạt động theo ý muốn và mục đích của người sử dụng.
Xây dựng sơ đồ tổng quát và thiết kế mô hình
3.2.1 Xây dựng sơ đồ đấu nối
Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối PLC S7 – 200 trong mô hình.
Việc xây dựng sơ đồ đấu nối giúp người nhìn dễ hiểu, có ích trong việc nối dây đểPLC điều khiển.
Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán của mô hình.
- Đầu tiên là bắt đầu khởi động, sau khi nguồn được cấp hệ thống mô hình làm việc, người sử dụng bắt đầu quét thẻ, nếu thẻ nhận dạng được, sẽ gửi tín hiệu về cho bộ xử lý, xử lý tín hiệu rồi xuất tín hiệu ( tùy vào cổng quét 1 hay 2 ngay vị trí quét), mà sẽ làm cho DC hoạt động
Nếu không nhận dạng được thì đưa thẻ quét lại hoặc xử lý lại chương trình.
Mô hình thiết kế bãi đỗ xe thông minh
Hình 3.3: Khung mô hình bãi đỗ xe thông minh.
Nguyên lý hoạt động
Đầu tiên, ta đưa thẻ vào nơi quét thẻ ( RFID RC522), sau khi bộ RIFD nhận được tín hiệu sẽ gửi về cho board mạch Arduino xử lý rồi xuất tín hiệu digital kích relay. Relay được kích, tác động đến chân I của PLC làm cho DC hoạt động
Khi cần gạt lên của DC đi lên động vào công tắc hành trình 1 làm đảo chiều quay của DC lúc đó DC sẽ chuẩn bị quay xuống trở về vị trí ban đầu và đợi hoạt động lại khi có tín hiệu quét như lúc nãy.
Quá trình thực hiện
Sau khi tìm hiểu mô hình chúng ta bắt tay vào việc tìm hiểu trang bị điện để làm ra một sản phẩm, việc lựa chọn ra trang bị điện rất quan trọng nhất trong việc làm mô hình, vì có thể xảy ra các tính huống xấu, ví dụ như:
Nhầm linh kiện trang bị điện, thiếu sót.
Không đúng như yêu cầu.
Sau khi hoàn thành việc mua trang bị linh kiện điện tử chúng ta bắt đầu vào việc đấu dây để hoàn thành mô hình, việc đấu dây dựa vào sự hiểu biết của sinh viên qua quá trình học tập.
3.5.3 Lập trình và thử nghiệm
Sau khi đã đấu dây, quá trình tiếp theo là lập trình cho mô hinh hoạt động và thử nghiệm chương trình và mô hình chạy ổn định không.
3.5.4 Hoàn thành và trang trí:
Sau khi ổn định việc còn lại là trang trí và hoàn thành mô hình, vậy là xong một mô hình.
Tính toán chọn thiết bị và trang bị điện cho hệ thống
Động cơ và linh kiện chi tiết
Là loại động cơ điện xoay chiều có hộp giảm tốc, hoạt động chủ yếu nhờ sử dụng điện xoay chiều.
Hình 4.3: Động cơ điện giảm tốc 24V
Cấu tạo và nguyên lý của động cơ điện xoay chiều:
- Gồm 2 thành phần chính là stato và roto Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay, còn Roto có dạng hình trụ đóng vai trò như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
- Khi mắc động cơ vào mạng xoay chiều, từ trường quay do Stato chính là nguyên nhân làm quay roto trên trục Chuyển động quay của roto được trục máy truyền ra ngoài để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
Hình 4.4: Hình ảnh minh họa cấu tạo của động cơ điện.
Là hộp bên trong chứa bộ truyền động sử dụng bánh rang và vít… để làm giảm tốc độ vòng quay ( không phải là tốc độ dài ).
Hộp giảm tốc có cơ cấu truyền động trực tiếp , có tỷ số truyền động khôg đổi, đươc dùng để giảm vận tốc gốc, tăng momen xoắn và là bộ phận trung gian giữa động cơ điện với bộ phận làm việc của máy công tác ( nghĩa là 1 đầu hộp giảm tốc nối với động cơ như truyền động bằng xích, đai hoặc nối cứng Đầu còn lại của hộp giảm tốc nối với tải ( xích, đai nối cứng ).
Nhiệm vụ của hộp giảm tốc là gì ?
Cái chúng ta mong muốn là số vòng quay của trục ra hộp giảm tốc nhỏ Tại sao người ta lại không chế tạo ra động cơ có số vòng quay nhỏ như yêu cầu thực tế luôn, chế tạo them hộp giảm tốc làm gì cho phức tạp Chính xác mà nói nếu chế tạo như vậy thì rất phức tạp và chi phí bị đội lên rất nhiều Trong khi với chi phí ít hơn chúng ta dễ dàng lắp thêm hộp giảm tốc lên động cơ điện để thay đổi số vòng ra của trục quay linh hoạt hơn nhiều
Hình 4.5: Cấu tạo bên trong hộp giảm tốc
Linh kiện chi tiết
Là thiết bị chuyển đổi chuyển dộng cơ thành tín hiệu điện Tín hiệu của công tắc hành trình phục vụ cho quá trình điều và giám sát.
Hình 4.6: Minh họa công tắc hành trình loại nhỏ + Cấu tạo và nguyên lý ?
Hình 4.7: Biểu đồ đấu dây và sơ đồ công tắc hành trình.
Công tắc hành trinh có cấu tạo đơn giản:
Về nguyên lý: Ở điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ được đấu với nhau Khi có lực tác động lên cần tác động thì tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẻ hở và chuyển qua chân COM và chân NO Do đó, khi đấu điện chúng ta cần xác định 3 chân này, chúng ta cũng có thể kiểm tra bằng cách sử dụng VOM đo ngắn mạch để xác định.
Công tắc hành trình trên thị trường rất có nhiều loại và ứng dụng rất nhiều, ví dụ:
Trong công tắc giới hạn hành trình cửa cuốn.
Ứng dụng công tắc hành trình trong thang máy.
Trong các nhà máy xí nghiệp và đời sống.
Bộ lập trình “Adruino và RFID RC522”
Adruino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivera ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm 1board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
1 Các chân năng lượng: Chân cấm đất GND và nguồn 5V, 3.3V.
2 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9,10 và 11: cho phép xuất ra xung PWM với dộ phân giải 8bit ( giá trị từ 0 -> 2 8 -1 tương ứng với 0V -> 5V) bằng hàm analogWrite () Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
3 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
4 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam ( kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy nó nhấp nháy báo hiệu Nó được nối với chân số
13, khi chân này được người sử dụng, LED sẽ sáng.
5 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với các thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối Bluetooth thường thấy nối nôm na chính là kết nối Serial không dây.
6 IC điều khiển Atmega 328: Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, nhiệt độ, xử lý lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, v.v…
8 Nguồn: thông thường điện áp Arduino khuyên dùng là từ 7V – 12V DC và giới hạn là 6v – 20V Nếu vượt quá ngưỡng giới hạn trên sẽ làm hỏng Arduino UNO.
9 Vin ( Voltage Input ): Để cấp nguồn ngoài cho chân này bạn cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn chân GND.
Hình 4.9: Cấu tạo của board mạch Arduino.
Ngôn ngữ của Arduino dựa trên ngôn ngữ Wring được viết chô phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác gọi là C hoặc C++.
Arduino có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, ví dụ:
Làm robot Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ… nên nó thường được dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot.
Game tương tác: Arduino có thể được sử dụng để tương tác với Joystick, màn hình,… khi chơi các game như Tetrĩ, phá gạch, Mario.
Máy bay không người lái.
Điều khiển đèn giao thông, hiệu ứng đèn Led…
Các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh, độ ẩm.
Là viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh: Radio Frequency Identification, hay nhận dạng qua tần số vô tuyến, là một công nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến tự động xác định và theo dõi các thẻ nhận dạng gắn vào vật thể.
Module RFID RC522 là module được thiết kế và sử dụng cho board mạch xử lý
Arduino, sử dụng IC MFRC522 của Philip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho NFC tần số
Với giá thành rẻ, dễ sử dụng và tiếp cận nhiều đến học sinh và sinh viên. Ứng dụng nhiều cho việc quét thẻ vé xe, tàu điện ngầm, xe bus.
Hình 4.10: Module RFID RC522 + Lập trình:
Vì là module của Arduino nên việc lập trình đầu tiên cần có thư viện của RFID RC522 và tiếp theo tùy vào mục đích sử dụng người lập trình.
Hình 4.11: Bộ nguồn tổ ong 24V
Nguồn tổ ông hay còn được biết đến với tên gọi là nguồn xung Giống như tên gọi, loại nguồn này có các dạng lỗ thông hơi có chức năng thoát nhiệt hình lục giác giống như hình giáng của những chiếc tổ ông Vì thế, người ta gọi với cái tên nguồn tổ ông để dễ phân biệt và nhận biết.
Nguồn tổ ong được sử dụng với mục đích biến đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện 1 chiều Việc này được thực hiện thông qua chế độ dao động xung được tạo ra bằng một mạch điện tử với một biến áp xung.
Một chiếc tổ ong thông thường được tạo ra từ 6 bộ phận, Trước tiên là biến áp xung Đây là bộ phận quan trọng nhất, trực tiếp biến đổi biến đổi nguồn điện xoay chiều sang một chiều.