Đề tài Hệ thống điều khiển trạm giữ xe tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN

- -NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài:

Hệ thống điều khiển trạm giữ xe tự động

Giảng viên phụ trách: TS.Trần Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thanh Chức 20A17010084

: Nguyễn Văn Hoài 20A17010161

: Ngô Hoàng Hiệp 20A17010073

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung

Tên đề tài: Hệ thống điều khiển trạm giữ xe tự động

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Chức (trưởng nhóm) Nguyễn Văn Hoài

Ngô Hoàng Hiệp Khoa: Điện – Điện tử

Trường: Đại học Mở Hà Nội

Ngành học: CNKT Điều khiển và Tự động hóa

- Việc xây dựng và triển khai một mô hình bãi đỗ xe tự động được coi là cấp thiết đối với nhiều đô thị hiện nay với những vấn đề giao thông và quản lý không gian ngày càng trở nên nghiêm trọng Dưới đây là một số yếu tố giải thích tại sao việc triển khai một mô hình như vậy là cấp thiết:

- Giải quyết vấn đề thiếu chỗ đỗ xe: Đô thị ngày càng trở nên quá tải về không

gian đỗ xe, dẫn đến tình trạng khan hiếm chỗ đậu xe Một mô hình bãi đỗ xe tự động có thể tối ưu hóa không gian và tăng cường khả năng chứa đựng, giải quyết vấn đề này.

- Giảm ùn tắc giao thông: Việc tìm kiếm chỗ đỗ xe thường là một nguyên nhân

quan trọng gây ra ùn tắc giao thông Bãi đỗ xe tự động giúp giảm thiểu thời gian tìm kiếm chỗ đỗ, từ đó giảm thiểu ùn tắc giao thông trong đô thị.

- Tăng cường hiệu quả và tiện ích cho người dùng: Mô hình bãi đỗ xe tự động

thường có thể cung cấp dịch vụ nhanh chóng, tiện lợi và an toàn hơn cho người dùng, giúp họ tiết kiệm thời gian và công sức.

- Khả năng tích hợp công nghệ: Bãi đỗ xe tự động có thể tích hợp các công

nghệ thông minh như hệ thống định vị, trả trước qua ứng dụng di động, hoặc hệ thống quản lý thông minh, tạo ra một hệ thống đô thị thông minh và hiệu quả hơn.

- Tạo ra các đô thị bền vững hơn: Bãi đỗ xe tự động có thể được thiết kế và vận

hành để tối ưu hóa sử dụng năng lượng và tài nguyên, đóng góp vào mục tiêu phát triển bền vững của các đô thị.

- Duy trì tính cạnh tranh của đô thị: Việc triển khai mô hình bãi đỗ xe tự động

có thể giúp đô thị nâng cao sự thu hút và tiện ích cho cả người dân và du khách, từ đó duy trì và tăng cường tính cạnh tranh của mình.

*) Tính mới:

- Internet of Things (IoT): Kết nối các cảm biến và thiết bị thông minh để thu

thập dữ liệu và tối ưu hóa việc quản lý đỗ xe.

- Xử lý ảnh: Sử dụng ngôn ngữ Python để đọc biển số xe quản lí xe ra vào.- Giảm phát thải: Khuyến khích việc sử dụng xe có hệ thống chia sẻ hoặc xe

điện, giảm phát thải khí nhà kính và ô nhiễm không khí.

- Sử dụng năng lượng tái tạo: Trạm đỗ thông minh có thể tích hợp các nguồn

năng lượng tái tạo như điện mặt trời hoặc gió để cung cấp điện.

- Trạm đỗ xe thông minh không chỉ giải quyết các vấn đề cấp thiết về đỗ xe mà còn mang lại nhiều tiện ích mới và giúp tạo ra môi trường đô thị thông minh và bền vững hơn.

4 Tổng quan tình hình nghiên cứu

- Sự phát triển của công nghệ như trí tuệ nhân tạo, Internet of Things (IoT), và xe tự lái cũng đã thúc đẩy các nghiên cứu về việc tích hợp các công nghệ mới vào bãi đỗ xe tự động để cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng.

5 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu về các công nghệ và hệ thống cần thiết để triển khai bãi đỗ xe tự động, bao gồm cả cảm biến đỗ xe, hệ thống định vị, kết nối Internet of Things (IoT),xử lí ảnh, và hệ thống quản lý thông minh.

6 Phương pháp nghiên cứu

Với khả năng nghiên cứu cấp sinh viên trong lĩnh vực tự động hóa, chúng em đề xuất đề tài với hướng giải quyết như sau:

- Tham khảo các bãi đỗ xe đã đi vào hoạt động.- Nghiên cứu và lập trình về PLC s7 1200.- Nghiên cứu về board mạch arduino uno R3.- Sử dụng thẻ ra vào rfid.

- Sử dụng động cơ bước và mạch điều khiển động cơ bước driver TB6600.- Lập trình kết nối các thiết bị với nhau.

- Hoàn thành mô hình đỗ xe tự động.

- Sử dụng phần phềm SOLIDWORKS vẽ 3D các thiết bị.- Sử dụng python để xử lí ảnh, đoc biển số xe kiểm soát xe.

7 Những đóng góp của đề tài 7.1 Về mặt khoa học

- Nghiên cứu về bãi đỗ xe thông minh đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều công nghệ mới, IoT, và các phần mềm quản lý thông minh Điều này đã mở ra cơ hội cho việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào các lĩnh vực khác trong đô thị hóa và quản lý giao thông.

7.2 Về mặt thực tế

- Về mặt thực tế mô hình đã chạy thử và đạt 80% hiệu suất đỗ xe tiết kiệm diện

tích, giám sát điểu khiển hệ thông ổn định.

8 Nội dung chính:

- Chương 1 Tổng quan về công nghệ bãi đỗ xe tự động.- Chương 2 Thiết kế hệ thống và điều khiển.

- Chương 3 Thi công lắp đặt mô hình.

LỜI MỞ ĐẦU

Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo đó là nhu cầu nâng cao chất lượng đời sống được tăng cao Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất là xe ô tô ở các nước phát triển, nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít Ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh về kinh tế, sự đô thị hóa, đời sống nhân dân được nâng cao nên các công trình, tòa nhà văn phòng, trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị… ngày càng nhiều Nhu cầu gửi xe ô tô là không nhỏ Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất của các thành phố ở Việt Nam dành cho việc xây dựng các bãi đỗ xe là có hạn Nhiều chủ phương tiện không có nơi đỗ xe đành đỗ xe trên các con đường gây tình trạng tắc nghẽn giao thông.Vì vậy, cần có những công trình vừa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người vừa giải quyết được nơi đỗ xe cho họ Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiều phương án giải quyết Và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyết vấn đề đó.

Nhằm góp phần vào thực hiện chính sách đó cùng với mong muốn chung tay giải quyết các vấn đề hiện tại và áp dụng những kiến thức đã học được vào thực tế, nhóm em đã quyết định nghiên cứu đề tài “Hệ thống điều khiển trạm giữ xe tự

động”.làm đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên.

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp nhiều khó khăn, vất vả về mặt kiến thức và tài liệu Đặc biệt, vì đây là đề tài mới nên việc tra cứu tài liệu tương đối khó khăn Tuy nhiên, em được sự giúp đỡ chỉ dạy nhiều từ thầy cô giảng viên, đặc biệt là

thầy Trần Văn Thịnh đã trực tiếp hướng dẫn em nghiên cứu đề tài này đã giúp đỡ em

rất nhiều Dù mô hình chưa thực sự hoàn thiện, nhưng chúng em tin rằng nếu được triển khai một cách cụ thể thì đề tài này sẽ phát triển hơn và hy vọng một tương lai

không xa đề tài “Hệ thống điều khiển trạm giữ xe tự động” sẽ hoàn thiện.

Em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2

LỜI MỞ ĐẦU 5

Danh Mục Hình Ảnh 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 10

1.1 Hiện trạng về hệ thống bãi đỗ xe tự động trên thế giới 10

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của Bãi đỗ xe tự động 10

1.1.2 Sự phát triển của hệ thống bãi đỗ xe trên thế giới 10

1.2 Các hệ thống bãi đỗ xe tự động tại Việt Nam 12

1.3 Đề xuất giải pháp thực hiện mô hình bãi đỗ xe tự động 14

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 16

2.1 Sơ đồ khối 16

2.2 Các thiết bị điều khiển 16

2.2.1 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 17

2.2.3 Giao thức giao tiếp I2C 20

2.2.4 Module RFID 22

2.2.5 Module cảm biến hồng ngoại 24

2.2.6 Relay đóng cắt 25

2.3 Block giữ xe – ô lưu giữ xe 26

2.3.1 Cấu tạo chung 26

2.3.2 Chi tiết các thành phần của khung 27

2.3.3 Block giữ xe 27

2.3.4 Bộ truyền động của bãi đỗ xe 30

2.4 Lựa chọn động cơ chính 33

2.5 Thiết kế mạch điều khiển 34

2.5.1 Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển 34

2.5.2 Cảm biến quang 35

2.5.3 Sơ đồ mạch điều khiển 37

CHƯƠNG 3 THI CÔNG LẮP ĐẶT MÔ HÌNH 38

3.1 Thi công thiết kế mô hình 38

3.2 Lập trình điều khiển 39

3.2.1 Lập trình phần mềm TIA Portal 39

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

4.1 Kết luận 51

4.2 Hướng phát triển 51

CHƯƠNG 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Danh Mục Hình Ảnh

Hình 1.1: Bãi đỗ xe đôi tại bang Marina City - Chicago Hình 1.2: Mô hình bãi đỗ xe dạng Torpark ở Woftburg- Đức.

Hình 1.3: Hình ảnh bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng đứng ở 68 Lê Văn Lương Hình 1.4: Hình ảnh bãi đỗ xe xoay tròn tự dộng.

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 2.10: Tổng quát của khối điều khiển Arduino Hình 2.11: Cấu tạo khung

Hình 2.12: Kích thước của khung.

Hình 2.13: Kích thước bề ngang của khung Hình 2.14: Ngăn xe tổng quát.

Hình 2.15: Kích thước máng pallet Hình 2.16: Tay đỡ pallet.

Hình 2.17: Kích thước khớp nối với thanh đỡ Pallet Hình 2.18: Kích thước thanh đỡ Pallet.

Hình 2.19: Cấu tạo xích ống Hình 2.20: Hình ảnh xích thực tế.

Hình 2.20: Tay đỡ pallet được kết nối với xích Hình 2.21: Đĩa xích ống con lăn.

Hình 2.22: Cấu tạo đĩa xích.

Hình 2.23: Biên dạng răng đĩa xích Hình 2.24: Tiết diện ngang răng đĩa xích.

Hình 2.25: Đĩa xích trong mô hình Hình 2.26: Mô hình thực tế.

Hình 2.27: Module và động cơ step.

Hình 2.28 Cấu tạo bên trong động cơ bước Hình 2.28: Cảm biến quang.

Hình 2.30: sơ đồ đấu nối PLC.

Hình 2.31: Sơ đồ đấu nối của Driver TB6600 Hình 3.1: Lắp ráp mô hình.

Hình 3.2: PLC s7 1200 1214 dc/dc/dc Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán của hệ thống Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán.

Hình 3.5: Chuyển ảnh màu qua ảnh xám Hình 3.6: Ảnh sau khi tách biên.

Hình 3.7: Ảnh cắt biển số xe.

Hình 3.8: Ảnh hiện thị khoanh vùng biển số và ký tự biển số xe Hình 3.9: Ghi thông tin biển số vào file và lưu ảnh vào thư mục đầu ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÃI ĐỖ XE TỰĐỘNG

1.1. Hiện trạng về hệ thống bãi đỗ xe tự động trên thế giới

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của Bãi đỗ xe tự động.

Hệ thống bãi đỗ xe tự động là một trong những giải pháp thiết kế bãi đỗ xe ô tô thông minh đang rất được quan tâm hiện nay, đặc biệt là tại các thành phố lớn có lượng phương tiện giao thông đang tăng nhanh một cách chóng mặt, trong khi đất sử dụng thì lại quá đắt đỏ.

Hệ thống bãi đỗ xe dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe ra bãi đỗ là phương án kết hợp đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuất hiện từ Mỹ năm 1918 sau đó lan truyền nhanh chóng sang châu Âu Mãi đến năm 1982, hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự động hoàn toàn không người lái xe được phát minh đầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật Bản phát triển công nghệ này và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985 Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này, trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có số lượng bãi đỗ xe ô tô tự động nhiều nhất trên thế giới.

Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ô tô tự động mang lại như giải quyết được vấn đề tiếng ồn và ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm không gian, khắc phục được tình trạng mất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi xe… nhờ hệ thống hoàn toàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương án giải quyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên thế giới hiện nay.

Với những thiết kế ưu việt, linh hoạt theo từng không gian sử dụng, hệ thống đỗ xe tự động là giải pháp được lựa chọn hàng đầu hiện nay

1.1.2 Sự phát triển của hệ thống bãi đỗ xe trên thế giới.

Tại Mỹ: Theo thống kê của tổ chức International Parking Institue, loại hình dịch vụ kinh doanh bãi đỗ xe tại Mỹ đang đóng góp một doanh thu hàng năm lên tới 26 tỷ USD Hiện có tới 40000 gara đỗ xe với khoảng 65 triệu chỗ trống Tuy nhiên, tổng tất cả các bãi đỗ xe đó vẫn chưa thể đáp ứng nổi cầu đang ngày càng gia tăng Và tỷ lệ lớn

gara đỗ xe vẫn thuộc kiểu hệ thống cổ điển- vận hành và gửi/lấy xe dưới sự giám sát, sắp xếp của các kỹ thuật viên- điều khiến chi phí vận hành của hệ thống rất lớn, hơn nữa thời gian lấy xe, sắp xếp chỗ trống cũng khá lâu Hiện nay, ở các thành phố lớn của Mỹ như Washington D.C, New York,… đã có các hệ thống bãi đỗ xe tự động Một

trong số đó nổi tiếng nhất là tháp đỗ xe đôi Marina City - Chicago đây là một trong

những bãi đỗ xe tự động đầu tiên ở Mỹ Được thiết kế với quy mô phục vụ hơn 2000 xe/ ngày, với 10 hệ thống giữ xe ở trung tâm, các hệ thống này liên kết với nhau qua máy tính chủ Mọi thông tin về hệ thống như: còn trống chỗ hay đã đầy chỗ được thể hiện trên bảng điện, giúp người lái xe nhanh chóng tìm được chỗ đậu xe.

Hình 1.1: Bãi đỗ xe đôi tại bang Marina City - Chicago.

Tại Châu Âu: Thiếu bãi đậu xe là tình trạng chung tại các thành phố lớn trên thế giới Trong đó có Moscow ở Nga, hiện nay đang có xu hướng xây dựng các tòa nhà cao tầng để xe tự động Các tòa nhà đỗ xe với những thiết bị hoàn toàn tự động và hệ thống thông tin về vị trí đỗ đã đầy hay còn trống được thể hiện trên bảng điện tử, rất là thuận tiện cho người đỗ xe vào bãi giữ Không chỉ ở Moscow mà ở các thanh phố lớn của các nước như Anh, Pháp, Đức…đã xây dựng nhiều bãi đỗ xe để giải quyết bài toán: số lượng xe ô tô ngày càng gia tăng mà diện tích bãi đỗ ngày càng thiếu.

Ngoài ra họ còn phát triển hệ thống e-Parking hệ thống quản lý đậu xe qua điện

thoại Giúp người lái xe nhanh chóng và dễ dàng đặt chỗ cho vị trí giữ xe tại 1 cao ốc vào 1 khoảng thời gian Với hệ thống này có nhiều ưu điêm: dễ dàng quản lý vị trí đỗ xe, cung cấp thông tin chính xác cho người lái xe về khả năng có chỗ trống tại 1 vị trí ở 1 thời điểm nhất định.

Một số bãi đỗ xe nổi tiếng có thể nêu ra như: Đầu tiên ấn tượng nhất phải kể

đến bãi đỗ xe tại tỉnh Wolfsburg của Đức (Hình 1.2) Đây là bãi đỗ xe hình trụ cao

20 tầng, được thiết kế theo dạng hình tháp Được tập đoàn Volfswagen xây dựng với mục đich chính là trưng bày các mẫu xe của hãng, cũng như giới thiệu cho khách hàng hệ thống bãi đỗ xe tự động được các kỹ sư Đức thiết kế và xây dựng.

Hình 1.2: Mô hình bãi đỗ xe dạng Torpark ở Woftburg- Đức

Tại Châu Á: Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 quốc gia đi đầu trong việc cơ giới hóa bãi đỗ xe, đặc biệt là Nhật Bản với mật độ dân cư tập trung đông ở các thành phố lớn như Tokyo Nhật Bản đang đứng đầu thế giới về số lượng cũng như chất lượng của bãi giữ xe tự động, hệ thống bãi đỗ xe.

1.2 Các hệ thống bãi đỗ xe tự động tại Việt Nam.

Trong quá trình đi khảo sát bãi đỗ xe thực tế ở Việt Nam và nghiên cứu các mô hình trong phòng thí nghiệm thì em đã chọn được mô hình bãi xe phù hợp để tìm hiểu và làm đề tài tốt nghiệp Dự án Bãi đỗ xe thông minh Sông Hồng số 68 Lê Văn Lương,

Quận Thanh Xuân, Thành Phố Hà Nội và Hệ thống bãi đỗ xe TorPark ở tòa nhà SunLanding số 127 Trần Nhật Duật (quận Hoàn Kiếm) là hai trong những hệ thống bãi đỗ xe thực tế mà em tham quan Trong đó, Bãi đỗ xe thông minh Sông Hồng là bãi đỗ xe dạng xoay vòng đứng và Hệ thống đỗ xe Sunlanding thuộc kiểu bãi đỗ xe Torpark.

Đôi nét về bãi đỗ xe Sông Hồng: Bãi đỗ xe dạng xoay vòng đứng ở số 68 Lê Văn Lương (hình 1.3) là một trong những bãi đỗ xe đầu tiên được đầu tư và xây dựng ở Hà Nội Hệ thống bao gồm 3 hệ thống gửi xe bằng Pallet Hệ thống được thiết kế theo dạng xoay vòng đứng, khiến cho một khía cạnh quan trọng của một hệ thống bãi đỗ xe tự động đó là Diện tích xây dựng được tiết kiệm một cách triệt để Trên hết, hệ thống bãi đỗ xe Sông Hồng cũng được tích hợp hệ thống Tự động hóa 100% - từ khâu gửi xe đến lấy xe đều có sự tham gia của thiết bị quẹt thẻ và giám sát cho nên thời gian phục vụ khách được rút ngắn đáng kể so với các bãi đỗ xe truyền thống.

Hình 1.3: Hình ảnh bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng đứng ở 68 Lê Văn Lương

Hình 1.4: Hình ảnh bãi đỗ xe xoay tròn tự dộng.

1.3 Đề xuất giải pháp thực hiện mô hình bãi đỗ xe tự động.

Em đề xuất thực hiện mô hình bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng đứng bởi các lý do như sau.

Thứ nhất, xét trên điều kiện thực tế và về yêu cầu kỹ thuật thì hệ thống bãi đỗ xe tự động xoay vòng đứng phục vụ cho đô thị lớn có nhiều ưu điểm nổi trội, đang được nhiều nhà đầu tư lựa chọn bởi các khía cạnh như sau:

- Về mặt diện tích xây dựng: Hệ thống bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng đứng có thể lắp đặt được tại những nơi có không gian nhỏ có diện tích khoảng 30m2, bởi vậy rất thích hợp với hầu hết các công sở, bãi đỗ xe truyền thống, các công ty khai thác điểm đỗ So sánh trực tiếp với các dạng bãi đỗ xe khác như Bãi đỗ xe dạng Cycle Parking và bãi đỗ xe dạng thang nâng di chuyển thì diện tích xây dựng của hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng đứng là tối ưu hơn cả Việc này giúp tiếp kiệm rất nhiều phần diện tích để xây dựng hệ thống.

- Thời gian thi công nhanh: Theo nghiên cứu của tổ chức International Parking Institue thì thời gian xây dựng bãi đỗ xe tự động dạng xoay vòng đứng là nhanh nhất, chỉ 12 tháng (thời gian này ngắn hơn hệ thống kế trên nó- hệ thống xoay vòng ngang 3 tháng) Vì sao lại có sự chênh lệch đáng kể này? Đó là do cơ cấu, cấu trúc của hệ thống bãi đỗ xe xoay vòng đứng chủ yếu là khung dầm thép, và được ghép nối với nhau bằng hệ thống vít và ốc Còn các hệ thống khác đều có kết cấu bê tông, như hệ thống bãi đỗ xe dạng Tháp để xe, hay dạng Cycle Parking đều có kết cấu bê tông đáng kể- điều này khiến thời gian thi công kéo dài.

- Với cơ cấu quay vòng 2 chiều giúp cho việc lấy xe trở nên nhanh và thuận tiện hơn: Việc này hoàn toàn dễ nhận ra, so sánh với các hệ thống như hệ thống lấy xe bằng Pallet nâng, hệ thống CarLift thì các hệ thóng này chỉ lấy xe theo cơ chế: Nâng- chuyển theo một chiều Vậy nên thời gian lấy xe của hệ thống xoay vòng đứng được rút ngắn đáng kể quãng đường từ vị trí để xe xuống vị trí lấy xe Từ đó giảm đáng kể thời gian phục vụ khách hàng và tăng hiệu suất làm việc của hệ thống.

- Chi phí bảo trì bảo dưỡng cho hệ thống đỗ xe này không quá cao: Việc xử dụng đa phần linh kiện và thiết bị bằng hợp kim và kết cấu theo dang ghép- lắp bằng ốc và vít khiến cho việc duy tu, bảo dưỡng thiết bị trong hệ thống trở nên dễ dàng hơn Một ví dụ cụ thể là hệ thống Cycle Parking- việc duy tu bảo dưỡng khó khăn do hệ thống Pallet được gá trực tiếp vào tường.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Khối Arduino: đóng mở cổng ra vào của trạm xe  Khối xử lí trung tâm: PLC để điều khiển hệ thống  Khối Driver dùng để điều khiển Step Motor  Khối hiển thị dùng để giám sát hiển thị trên HMI  Bảng nút nhấn dùng để điều khiển ngoài

 Khối nguồn cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

2.2 Các thiết bị điều khiển

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều

khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch

Motor

mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).

Hình 2.2 : Mạch Arduino Uno R3

2.2.1 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3Arduino Uno R3 Datasheet

Datasheet Arduino Uno R3 là tài liệu chính thức cung cấp các thông số kỹ thuật

và hướng dẫn sử dụng cho bo mạch phát triển Arduino Uno Tài liệu này cung cấp

thông tin về các tính năng của bo mạch, cấu hình phần cứng, các chân kết nối, giao thức kết nối, phần mềm hỗ trợ và các thông tin khác liên quan đến việc sử dụng Arduino Uno R3 Các thông tin trong datasheet giúp người dùng hiểu rõ hơn về bo mạch và có thể sử dụng Arduino Uno một cách hiệu quả.

Điện áp đầu vào(khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V

Số chân PWM Digital 6

Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA

• Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi

16 K Cực âm led nền 0V

2.2.3 Giao thức giao tiếp I2C

I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit” Nó là một giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu.

Do tính đơn giản của nó nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v … Đây là một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ Nó có nghĩa là các bit dữ liệu được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một tín hiệu đồng hồ tham chiếu.

Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

Hình 2.4 Module chuyển đổi I2C

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

• Một đường xung nhịp đồng hồ(SCL) chỉ do Master phát đi ( thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz).

• Một đường dữ liệu(SDA) theo 2 hướng

a) Đặc điểm quan trọng của giao thức giao tiếp I2C:

• Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC nào trên mạng I2C

• Không cần thỏa thuận trước về tốc độ truyền dữ liệu như trong giao tiếp UART Vì vậy, tốc độ truyền dữ liệu có thể được điều chỉnh bất cứ khi nào cần thiết

• Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền

• Sử dụng hệ thống địa chỉ 7 bit để xác định một thiết bị / IC cụ thể trên bus I2C

• Các mạng I2C dễ dàng mở rộng Các thiết bị mới có thể được kết nối đơn giản với hai đường bus chung I2C

b) Ưu điểm

• Tiết kiệm chân cho vi điều khiển • Dễ dàng kết nối với LCD

c) Thông số kĩ thuật

• Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC

• Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) • Giao tiếp: I2C

• Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/ A2)

• Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H) • Trọng lượng: 5g

• Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt • Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

2.2.4 Module RFID

a) Module RFID

Hình 2.5 Module RFID

Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như NFC, thẻ từ ( loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện • Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 mm • Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbpsbps • Kích thước: 40mm х 60mm

• Có khả năng đọc và ghi b) Thẻ NFC RFID

Hình 2.6 Thẻ NFC RFID

Bên trong thẻ NFC:

Hình 2.7 Bên trong thẻ NFC

Thẻ nhựa NFC 13.56 MHz dùng để đọc/ghi dữ liệu với tốc độ rất cao Thẻ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như bảo mật, nhà thông minh, chấm công, gửi xe thông minh, v.v Thẻ tương thích với module RFID RC522 13.56MHz và các module tương tự.

Thông số kỹ thuật:

• Tương thích với thẻ philip S50 • Bộ nhớ: 8Kbits, chia thành 16 vùng

Thiết bị nâng – chuyển xe

Được dùng để thực hiện việc nâng chuyển ôtô từ trạm đầu đến vị trí lưu giữ, cũng như lấy xe ra khỏi vị trí lưu giữ và chuyển đến trạm đầu ra Để thực hiện các nhiệm vụ này, thiết bị nâng chuyển có khả năng chuyển động theo phương ngang và

phương đứng Do đó một hệ thống giữ xe tự động thường phải có ba hệ thống truyền động sau:

- Thiết bị di chuyển theo phương ngang: có thể dùng cầu di chuyển hai dầm, băng chuyền, xích, thanh răng – bánh răng, Trong đó cầu di chuyển và xích được sử dụng nhiều nhất

- Thiết bị nâng theo phương đứng: thang nâng, xích, cáp, nguyên lý trục vít, Trong đó thang nâng được sử dụng phổ biến nhất

- Thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại: dùng xích, xilanh thủy lực, thanh răng, bánh răng, xe con, rôbôt tự hành,

- Thiết bị xoay: dùng để xoay ôtô theo hướng có lợi nhất trong khi xe ôtô di chuyển ra hoặc vào hệ thống Thường được dùng trong trường hợp hệ thống chỉ có một lối đi chung cho việc gửi xe và lấy xe nên việc xoay đầu xe theo hướng di chuyển thuận tiện cho khách hàng

Tùy theo qui mô, diện tích đất mà ta có thể xây dựng hệ thống kết hợp lại các dạng truyền động trên tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh

2.2.5 Module cảm biến hồng ngoại

- Cảm biến chướng ngại vật hồng ngoại thích ứng với môi trường và có một cặp bộ phát và bộ thu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền của vật cản (bề mặt phản xạ) thì nó sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn xanh sẽ sáng và tín hiệu sẽ được gửi đến đầu thu tại cùng lúc Tín hiệu đầu ra (tín hiệu bậc thấp).

Hình 2.8: Module cảm biến hồng ngoại

- Khoảng cách làm việc hiệu quả là 2 ~ 5cm, và điện áp làm việc là 3,3V ~ 5V Độ nhạy sáng của cảm biến chướng ngại vật hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp và dễ sử dụng.

Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật, dò đường …

2.2.6 Relay đóng cắt

- Sử dụng điện áp nuôi 5VDC.

- 8 Relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu 5V hay 3V3 (cần cấp nguồn ngoài), mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.

- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V – 10A hoặc DC30V – 10A - Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.

Hình 2.9 : Relay 8 kênh 5v

Hình 2.10: Tổng quát của khối điều khiển Arduino

2.3 Block giữ xe – ô lưu giữ xe

- Là nơi chứa xe cuối cùng trong hệ thống, kết cấu và kích thước được làm sao cho giữ được các loại xe có cùng kích thước, kết cấu sao cho thuận tiện cho thiết bị chuyển xe ôtô từ trạm đầu vào thiết bị nâng chuyển hoặc từ thiết bị nâng chuyển vào ô lưu trữ và ngược lại dễ dàng.

2.3.1 Cấu tạo chung

- Một cơ cấu khung thép chắc chắn đặt thẳng đứng đủ để chịu được sức nặng khi

đầy tải là trọng lượng của 6 xe và các chi tiết như pallet, động cơ, trục vít, bánh vít,

xích,

- Các tấm đỡ pallet sẽ được móc treo cố định vào hệ thống xích sắp xếp theo một vòng tròn với khoảng cách cỗ định di chuyển theo phương thẳng đứng

- Một cặp thanh ray dẫn hướng cố định vào khung tạo ra một rãnh theo chiều dọc, trên thanh ray sẽ được thiết kế thêm các chân liên kết với giá treo pallet chứa xe

- Một động cơ truyền động để lưu thông chuỗi xe, động cơ sẽ được lắp đặt trên khung, trục động cơ được đưa vào hệ thống trục vít bánh vít giúp làm tăng khả năng

hãm, làm việc êm, có tỉ số truyền nhỏ, từ trục quay sẽ truyền động vào xích, xích có gắn các thanh nâng để đỡ cabin chứa xe

Hình 2.11: Cấu tạo khung

2.3.2 Chi tiết các thành phần của khung

Kích thước của khung: Chiều cao: 665 mm

- Chiều cao: 35mm

Hình 2.17: Kích thước khớp nối với thanh đỡ Pallet.

d) Kích thước thanh đỡ Pallet - Đường kính : Phi 4

Hình 2.18: Kích thước thanh đỡ Pallet.

2.3.4 Bộ truyền động của bãi đỗ xe

Gồm 3 bộ phận chính:

- Xích ống - Trục đỡ - Đĩa xích a) Xích ống:

Các má xích được dập từ thép tấm, má xích 1 ghép với ống lót 4 tạo thành mắt xích trong Các má xích 2 được ghép với chốt 3 tạo thành mắt xích ngoài Chốt và ống lót tạo thành khớp bản lề, để xích có thể quay gập Con lăn 5 lắp lỏng với ống lót, để giảm mòn cho răng đĩa xích và ống lót Số 6 biểu diễn tiết diện ngang của răng đĩa xích.

Xích ống con lăn được tiêu chuẩn hóa cao Xích được chế tạo trong nhà máy chuyên môn hóa.

Đối với xích con lăn và xích ống, theo OCT 591-69 như trên (Hình 2.15), biên dạng răng đĩa xích gồm có: Cung ab bán kính r; cung bc bán kính r1; đoạn thẳng cd và cung de bán kính r2 nối tiếp với nhau Công thức tính toán các kích thước của cả hai kiểu biên dạng răng nói trên đều đã được tiêu chuẩn hoá và cho trong sổ tay.

Tiết diện ngang của răng đĩa xích (Hình 2.16) có bán kính vát tròn răng r3, bề rộng răng b và bề rộng vành B, tất cả đều đã được tiêu chuẩn hoá và cho trong sổ tay

Hình 2.21 Đĩa xích ống con lăn.Hình 2.22 Cấu tạo đĩa xích.

Hình 2.23 Biên dạng răng đĩa xích.

Hình 2.16 Tiết diện ngang răng đĩa xích.

Hình 2.24 Tiết diện ngang răng đĩa xích.

Hình2.25 Đĩa xích trong mô hình.

Hình 2.26 Mô hình thực tế.

2.4 Lựa chọn động cơ chính

Ở đây sử dụng động cơ bước size 42, và Driver TB6600

Hình 2.27: Module và động cơ step

Thông số kĩ thuật:

- Điện áp cấp cho động cơ: 9-24VDC

- Điện áp điều khiển băm xung, đảo chiều, enable: 5VDC - Dòng ra trong phạm vi cài đặt: 0.5-3.5A

- Số bước max: 32  Chế độ full step

Thứ tự kích xung : A=> B=> C=> D

Động cơ bước tiêu chuẩn có rotor 200 răng, hoặc 200 full step cho mỗi trục xoay của động cơ Chia 200 bước cho 360 sẽ được một góc full step 1,8 Thông thường, chế độ full step được thực hiện bằng cách tiếp điện theo thứ tự liên tiếp theo số chẵn cuộn dây hoặc số lẻ cuộn dây, trong khi duy trì dòng thay đổi Về cơ bản mỗi đầu vào từ trình điều khiển tương đương một bước.

 Chế độ half step

Thứ tự kích xung : A => A B => B => BA=> A =>AB=> B => B A