BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÓA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ----o0o----LỊCH TRÌNH T
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Một vài năm gần đây, nước ta đã có những bước tiến vượt bật trong sự phát triển kinh tế xã hội, điều này đã góp phần dẫn đến sự tăng đột ngột về số lượng phương tiện giao thông Việc gia tăng các phương tiện cá nhân nhanh chóng đã đặt ra yêu cầu về việc tăng diện tích dành cho bãi đỗ xe Tuy nhiên, ở một số thành phố lớn hiện nay, hệ thống bãi đỗ xe truyền thống (hình 1.1) vẫn đang được sử dụng rộng rãi và phổ biến Sự thất thoát diện tích đất trở nên ngày càng không thể chấp nhận được, đặc biệt khi giá trị của đất đai đang tăng cao và còn sự thiếu hụt đất cho các công trình quan trọng khác
Hình 1 1 Mô hình bãi đỗ xe truyền thống Để có thể xử lý vấn đề thiếu chỗ đỗ xe trong đô thị và các trung tâm thương mại một cách tối ưu nhất, các quốc trên thế giới hiện nay đã và đang sử dụng hệ thống nhà đỗ xe kết hợp với tháp đỗ xe nhiều tầng tự động, phổ biến như ở các quốc gia: Anh, Pháp, Hoa Kỳ, Nga, Italya,… Tại các quốc gia này hiện tại có rất nhiều công ty kinh doanh bãi đỗ ô tô các loại, trong đó thì hệ thống tháp đỗ nhiều tầng tự động được sử dụng khá rộng rãi và phổ biến Các công ty chuyên sản xuất hệ thống nhà xe tự động là các nhà thiết kế và thi công hệ thống, không trực tiếp kinh doanh hệ thống tháp,bãi đỗ xe mà chỉ cung cấp thiết bị, lắp đặt thiết bị quản lý như tủ điện, máy tính và cấu hình lập trình hệ thống cho các nhà đầu tư Ngoài ra, còn các hệ thống thuộc các công ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như: hệ thống lấy thẻ tự động, đọc thẻ tự động, thanh toán tự động Khi ta so sánh với các bãi đỗ xe truyền thống hiện nay, những lợi ích của một tháp,bãi
-2- đỗ xe tự động mang lại sẽ rất nhiều không chỉ là tiện và nhanh chống lấy gửi xe mà bạn cũng sẽ không cần phải lo lắng về xe của mình có thể bị va chạm, xô xát bởi nơi đỗ xe vì nó hoàn toàn được cách ly với bên ngoài Hệ thống tháp đỗ xe tự động là loại hệ thống mang tính kỹ thuật cao, áp dụng thêm các nguyên lý chung của hệ thống xếp dỡ, hệ thống lưu kho và hệ thống thang máy mà hàng hóa lúc này là ô tô hoặc xe máy Xe gửi sẽ được hệ thống tháp giữ xe lưu giữ ở các vị trí là các ô ( Block parkings) dưới mặt đất nếu hệ thống được xây dựng âm lòng đất hoặc có thể trên cao nếu hệ thống xây trên bề mặt đất để có thể dễ dàng dịch chuyển xe hoặc quản lý tháp giữ xe một cách thông minh.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu đề của đề tài là thiết kế được hệ thống giám sát và điều khiển từng khâu hoạt động của hệ thống Hệ thống tháp giữ xe tự động của nhóm được xây dựng với các tiêu chí đặt ra như sau:
Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát quá trình lấy và trả xe tự động
Thiết kế được giao diện giám sát và điều khiển hệ thống
Sử dụng Wepcam Logitech C270 để nhận diện được biển số xe
Độ sai sót trong quá trình vận chuyển xe dưới 5%
Tỉ lệ xe được gửi đúng vị trí đạt 95%
Tỉ lệ nhận diện biển số xe chính xác đạt 95%
Hệ thống hoạt động liên lục đạt hiệu suất 10 xe/phút
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tài liệu tìm hiểu về cách vận hành hệ thống trong thực tế
– Phương pháp thu thập dữ liệu
Giới hạn đề tài
Do thời gian có hạn và tiết kiệm chi phí nên đề tài của nhóm còn những giới hạn như sau:
– Hệ thống thu thập và hiển thị hình ảnh từ camera chưa qua xử lý
– Có thể sai số nhỏ trong quá trình thực hiện lấy gửi xe từ động cơ và các cơ cấu cơ khí
– Sử dụng loại động cơ bước và động cơ DC để điều khiển các trục của hệ thống – Chưa áp dụng hệ thống thanh toán chi phí cho tháp giữ xe
– Hệ thống chỉ có thể phát triển ở mặt mô hình và ý tưởng còn áp dụng vào thực tế cần phải thay đổi 1 số cơ cấu truyền động.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung chúng tôi nghiên cứu bao gồm:
– Nghiên cứu các thiết kế nhà, tháp giữ xe tự động trên thế giới thông qua internet
– Tham khảo và tìm hiểu các tài liệu, technical data, datasheet có liên quan đến thiết bị đang nghiên cứu như PLC, công tắc hành trình, động cơ
– Nghiên cứu các tài liệu về lợi ích của công nghệ xử lý ảnh trong công nghiệp cũng như dân dụng, cách ứng dụng của RFID trong hệ thống tháp giữ xe
– Nghiên cứu và thiết kế phần cứng dựa theo tham khảo các tháp giữ xe trên thế giới
– Nghiên cứu giao tiếp giữa thiết bị RFID - máy tính – PLC
– Hiển thị biển số xe, báo vị trí đã có xe lên màn hình giám sát
– Hiển thị, sửa lỗi, tối ưu phần cứng và phần mềm.
Bố cục báo cáo
Chương này giới thiệu về đề tài sẽ nghiên cứu, bao gồm lý do chọn đề tài, phương pháp nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu và những giới hạn trong phạm vi của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Phần cơ sở lý thuyết phân tích các giải pháp của các bãi giữ xe có trên thị trường về ưu điểm và nhược điểm Trình bày những lý thuyết có liên quan đến đề tài để có thể thực hiện đề tài tháp giữ xe tự động như công nghệ RFID, chuẩn giao tiếp USB, chuẩn giao tiếp Ethernet, phần mềm lập trình cho hệ thống như TIA Portal V17, bộ điều khiển PLC, cảm biến,…
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Phân tích vấn đề và và giải thích lý do tại sao lại chọn phương án thiết kế tháp giữ xe tự động hình tháp trụ tròn
Trình bày bản thiết kế phần cứng, tiến hành lựa chọn thiết bị thỏa mãn yêu cầu hệ thống
Chương 4: Thuật toán điều khiển
Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống, lưu đồ giải thuật, sơ đồ đấu nối mạch điện phần cứng, lựa chọn thiết bị thỏa mãn yêu cầu hệ thống
Chương 5: Kết quả thực nghiệm
Chương này cho thấy các kết quả đạt được của đề tài Hình ảnh và thông số của mô hình Mô hình chạy ổn định và hệ thống giám sát hoạt động tốt, đáp ứng những yêu cầu cơ bản về bãi giữ xe tự động
Chương 6: Kết luận, hướng phát triển
Trong chương này, nhóm rút ra kết luận từ những kết quả đạt được và đưa ra các hướng phát triển mô hình tiếp theo trong tương lai
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các cơ sở lý thuyết khác có liên quan đến hệ thống
Công nghệ RFID a Giới thiệu
RFID, được còn gọi là Radio Frequency Identification, là một công nghệ sử dụng sóng vô tuyến và trường điện từ để có thể nhận dạng đối tượng mong muốn Nó là một giải pháp thay thế cho các mã vạch với một số ưu điểm đáng chú ý như: RFID cho phép thu thập thông tin từ thẻ mà không cần tiếp xúc trực tiếp, có khả năng đọc thông qua lớp ngăn cách, và có tốc độ đọc và ghi nhanh chỉ trong vài mili giây Các thẻ RFID hiện đại cũng có dung lượng bộ nhớ lớn, từ 16 đến 64 Kbyte, vượt xa so với mã vạch thông thường b Cấu tạo
Một thiết bị hoặc hệ thống RFID được cấu tạo từ hai thành phần chính chủ yếu là: thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát (tag) có chứa chip RFID Thiết bị đọc sẽ được trang bị anten để thu và phát sóng điện từ, trong khi thiết bị phát (tag) thì sẽ được gắn vào đối tượng cần nhận dạng Mỗi tag RFID chứa một mã số duy nhất và không trùng lặp
Hình 2 5 Cấu trúc giao tiếp RFID cơ bản
Thẻ RFID có 2 loại chính dựa theo mức độ phổ biến: thẻ RFID thụ động và chủ động
Thẻ RFID chủ động yêu cầu nguồn điện, có thể được cấp từ bên ngoài hoặc sử dụng pin tích hợp Chúng có khả năng nhận tín hiệu từ khoảng cách xa và thường được sử dụng trên máy bay hoặc gắn trên ô tô, kết hợp với công nghệ di động và GPS để xác
-9- định vị trí Tuy nhiên, việc sử dụng pin ảnh hưởng đến chi phí, kích thước và tuổi thọ của thẻ, vì vậy chúng thường không được sử dụng rộng rãi trong mục đích thương mại Thẻ RFID thụ động là loại được quan tâm nhiều hơn vì chúng không cần nguồn điện hoặc bảo trì Chúng thường có tuổi thọ lâu và kích thước nhỏ, làm cho chúng phù hợp cho việc gắn nhãn hoặc sử dụng trong thẻ giữ xe
Một thẻ RFID thụ động bao gồm ba thành phần: anten, chip bán dẫn được gắn với anten và vỏ bảo vệ bên ngoài Đầu đọc (reader) cung cấp nguồn điện và giao tiếp với thẻ Anten trên thẻ thu nhận năng lượng và truyền ID của thẻ (chip xử lý quá trình này) Vỏ bảo vệ ngoài cùng giúp bảo vệ anten và chip khỏi các yếu tố môi trường c Nguyên lý hoạt động
Một đầu đọc RFID sẽ gửi một xung điện để truy vấn, và thẻ RFID nằm gần đó sẽ phản hồi bằng việc truyền một dữ liệu số, thường là giá trị định dạng của nó và một số thông tin liên quan đến đối tượng cần quản lý Với thông tin nhận được, ta có thể dễ dàng theo dõi và kiểm soát các vật thể hoặc hàng hóa
Các chuẩn giao thức truyền dữ liệu trong công nghiệp a Chuẩn giao thức USB
USB (Universal Serial Bus) là một giao thức kết nối phổ biến được sử dụng cho việc kết nối giữ máy tính và các thiết bị điện tử ngoại vi, tiêu dùng USB được sử dụng để có thể kết nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi với máy tính như bàn phím, tai nghe, chuột, hub mở rộng,… Cổng giao tiếp USB thường được thiết kế dưới dạng các cổng cắm đồng nhất cho các thiết bị tuân thủ tiêu chuẩn
Cho phép có thể mở rộng đến 127 thiết bị có thể kết nối cùng lúc vào cùng một máy tính thông qua một cổng USB duy nhất bằng Port mở rộng với điều khiển đủ điện áp
Hình 2 6 Sơ đồ cấu trúc kết nối Universal Serial Bus
Cáp USB gồm hai dây nguồn là +5V và dây chung GND, cùng với một cặp dây xoắn để truyền dữ liệu Các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp như chuột, bàn phím, loa máy tính công suất thấp được cung cấp nguồn trực tiếp từ cổng USB Tuy nhiên, các thiết bị có nhu cầu sử dụng nguồn công suất lớn như máy in, máy quét sẽ không sử dụng nguồn từ đường truyền USB như nguồn chính mà sử dụng nguồn cấp riêng Trong trường hợp này, đường truyền nguồn của USB chỉ đóng vai trò so sánh mức điện thế của tín hiệu
Thiết bị USB có thể được kết nối với máy tính theo tiêu chuẩn có dây hoặc không dây Đối với thiết bị không dây, thường được trang bị một nguồn cấp riêng khi kết nối với máy tính b Chuẩn giao thức Ethernet
Ethernet là một chuẩn truyền thông mạng kết nối mạng cục bộ (LAN) dựa trên giao thức TCP/IP nhằm truyền thông tin, tín hiệu giữa các máy tính, bộ điều khiển PLC, DDC, switch, router,… Ethernet có tốc độ truyền rất cao từ 10 lên đến 100 triệu bít một giây (Mbps) làm cho nó phổ biến trong các ứng dụng truyền thông công nghiệp Công nghệ Ethernet thường sử dụng cáp đôi xoắn với tốc độ 10 Mbps Ngoài ra công nghệ Ethernet sử dụng cáp đôi, hoặc cáp sợi quang, hệ thống cáp đồng trục Tuy nhiên, chuẩn tốc độ cho Ethernet đã được nâng cấp lên đến 100 Mbps, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn
Kể từ khi tiêu chuẩn Ethernet được đưa ra, việc xây dựng và cấu hình mạng Ethernet đã trở nên đơn giản hơn đối với mọi người Các đặc tính kỹ thuật và quy trình liên quan, cùng với tính dễ sử dụng, đã tạo nên một môi trường tiêu chuẩn Ethernet rộng lớn và đó là lý do tại sao Ethernet được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp máy tính và điều khiển c Chuẩn giao tiếp SPI
SPI là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao được Motorola đề xuất, với cấu trúc truyền thông Master-Slave Trong hệ thống này, một chip Master điều khiển quá trình truyền thông và các chip Slave được Master điều khiển Truyền thông chỉ diễn ra giữa Master và Slave SPI là một hình thức truyền thông song công (full duplex), cho phép truyền và nhận dữ liệu diễn ra đồng thời
SPI thường được gọi là chuẩn truyền thông "4 dây" do sử dụng 4 đường giao tiếp sau: – SCK (Serial Clock): Đây là đường xung đồng hồ dùng cho truyền thông SPI Vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ, cần có một tín hiệu xung đồng hồ để đồng bộ dữ liệu Mỗi xung trên chân SCK tương ứng với truyền hoặc nhận 1 bit dữ liệu Chân SCK được tạo ra bởi chip Master, giúp giảm thiểu lỗi truyền và đạt được tốc độ truyền thông cao
– MISO (Master Input Slave Output): Đây là đường dữ liệu vào của Master và ra của Slave Nếu là chip Master, MISO là đường dữ liệu vào, trong khi đó nó sẽ là đường dữ liệu ra của chip Slave Các chân MISO của Master và các Slave được kết nối trực tiếp với nhau
Giới thiệu phần cứng
Giới thiệu về bộ xử lý trung tâm - PLC ( Programmable Logic Controller)
PLC (Programmable Logic Controller) là một bộ điều khiển Logic có thể được lập trình để thực hiện linh hoạt các thuật toán thông qua ngôn ngữ lập trình PLC thường được sử dụng để kiểm soát và giám sát các quy trình, thiết bị trong môi trường công nghiệp đa dạng Với khả năng lập trình linh hoạt, PLC cho phép người dùng tạo ra các chương trình logic phức tạp để xử lý các tình huống trong các điều kiện khác nhau nên nó được ứng dụng nhiều trong công nghiệp Với độ tin cậy cao và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt nên PLC đã trở thành một thiết bị điều khiển trong ngành công nghiệp hiện đại
PLC thường thích hợp nhất để điều khiển logic thay thế các relay, tuy nhiên PLC cũng có khả năng điều chỉnh giải thuật (như PID) Những ưu điểm của PLC mà các bộ điều khiển cổ điển dùng công tắc, dây nối,timer, relay không thể so sánh được như:
– Dễ dàng lập trình bằng ngôn ngữ lập trình
– Gọn nhẹ, dễ di chuyển
– Dễ bảo quản và sử dụng
– Giao tiếp được với nhiều thiết bị khác thông qua truyền thông modbus RTU, TCP/IP
Cấu trúc cơ bản của Programmable Logic Controller
Hình 2 10 Cấu trúc cơ bản của Programmable Logic Controller
Bộ xử lý trung tâm hay CPU: là trung tâm điều khiển của PLC và có chức năng tiếp nhận các tín hiệu đầu vào sau đó xử lý tín hiệu và xuất tín hiệu đầu ra để giải quyết yêu cầu theo chương trình được lập trình
Nguồn thông thường sẽ có điện áp trong khoảng 24V-220V có chức năng cấp nguồn hoạt động cho PLC, module I/O và các thiết bị truyền thông
Bộ nhớ sẽ được chia làm 2 loại:
– Load memory: Là vùng nhớ dùng để lưu chương trình được lập trình cho PLC, nó sẽ không bị mất dữ liệu khi ngừng cấp nguồn đột ngột cho thiết bị
– Work memory: Là vùng nhớ dùng để lưu một phần dữ liệu trong quá trình làm việc, nó sẽ bị mất đi dữ liệu nếu ngừng cấp nguồn cho thiết bị
Module I/O: là các module thường được kết nối với PLC nhằm mục đích mở rộng port input và output cho PLC Ngoài ra PLC còn có thêm các module phụ trợ như module giao tiếp mạng truyền thông RS-485,RS-232,…
– Theo các hãng sản xuất khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider, Omron, Allen Bradley, Delta,…
+ Mitsubishi: F/Fx series, Q-series, FX1N, FX5U,…
+ ABB: AC500 Series, AC500-XC Series,…
+ Schneider: Modicon M251 Series, Modicon M258 Series,…
+ Allen Bradley: Micro800, MicroLogix 1100, CompactLogix L3X,…
+ Delta: DVPAETB-OR16A, DVP08SP11T Động cơ bước
Giới thiệu Động cơ bước, hay còn được gọi là động cơ đồng bộ, có khả năng chuyển đổi các tín hiệu xung điện rời rạc liên tiếp thành chuyển động góc quay để cố định rotor vào các vị trí mong muốn Động cơ bước hoạt động dựa trên bộ chuyển mạch điện tử, trong đó tín hiệu được cung cấp theo một thứ tự và tần số cố định Hướng quay, tốc độ quay và tổng số góc quay của rotor phụ thuộc vào sự thay đổi thứ tự và tần số này Khi một xung điện áp được áp dụng lên cuộn dây của bộ chuyển mạch, rotor sẽ quay một góc xác định, gọi là bước quay Nếu các xung điện áp được áp dụng liên tục và thay đổi, rotor sẽ quay một cách liên tục
Step Motor (động cơ bước) được cấu tạo gồm các thành phần chính như stato (và rotor, trong đó rotor được làm từ nam châm vĩnh cửu Động cơ bước được điều khiển thông qua một bộ điều khiển ngoại vi Thiết kế của động cơ bước và bộ điều khiển cho
-17- phép nó duy trì được bất kỳ vị trí cố định nào và có khả năng quay đến bất kỳ vị trí nào mong muốn Động cơ bước thông thường được sử dụng nhiều trong các hệ thống điều khiển với cấu trúc đơn giản hoặc hệ thống điều khiển với cấu trúc vòng kín Tuy nhiên, trong trường hợp động cơ bước được sử dụng trong hệ thống điều khiển cấu trúc vòng hở và máy móc dễ bị quá tải trong quá trình hoạt động, tất cả các giá trị được cài đặt của động cơ sẽ bị mất và hệ thống sẽ phải được thiết lập lại
Hình 2 12 Cấu tạo step motor Động cơ sẽ có bốn trạng thái tùy thuộc vào việc cấp xung tương ứng:
– Động cơ không hoạt động: Khi không có điện cấp vào cuộn dây nào
– Động cơ giữ vị trí: Khi cấp điện một chiều cho một số cuộn dây pha Lực điện từ sẽ sinh ra momen giữ, giúp giữ chặt rotor mang tải ở vị trí góc bước nhất định – Động cơ dịch bước: Khi cuộn dây pha được cấp dòng điện phù hợp thì lúc này rotor sẽ di chuyển từ vị trí giữ tiến đến vị trí bước tiếp theo
– Động cơ quay vượt giới hạn: Khi động cơ trong chế độ không tải, nếu xung điều khiển có tần số quá cao thì động cơ sẽ quay vượt tốc độ Khi đó động cơ không thể dừng đúng vị trí mong muốn hay đảo chiều động cơ, nhưng vẫn có thể điều chỉnh tốc độ tăng và giảm dần của động cơ Muốn dừng và đảo chiều động cơ thì ta phải giảm tốc độ xuống mức tối đa cho phép để đạt được chế độ bước hoạt động
Chỉ khi ở trạng thái b hoặc c thì một động cơ bước mới được xem là đang làm việc.
THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG
Yêu cầu và tổng quan hệ thống
Hệ thống phải có một số yêu cầu sau đây:
– Phải có mô hình phần cứng hệ thống tháp giữ xe ô tô tự động đã thiết kế như hình (3.1)
– Ứng dụng công nghệ đọc thẻ từ RFID vào hệ thống
– Xây dựng thuật toán làm sao để có thể gửi xe vào vị trí ô trống gần nhất để tiết kiệm điện và thời gian gửi xe
– Thiết kế giải thuật PLC dùng để điều khiển hệ thống
– Thiết kế được phần mềm giám sát và điều khiển hệ thống
Hình 3 1 Mô hình phần cứng tháp giữ xe
Hình 3 2 Sơ đồ khối của toàn bộ hệ thống
Chức năng của từng khối trong hình 3.2
– Khối nguồn của hệ thống đảm nhận vai trò cung cấp nguồn 24VDC, 12VDC cho toàn bộ hệ thống hoạt động
– Khối đọc thẻ RFID có chức năng là đọc mã thẻ từ các thẻ RFID
– Khối camera sử dụng camera để ghi lại các hình ảnh
– Khối công tắc hành trình được dùng để ngắt hoạt động của động cơ
– Khối cảm biến có tác dụng xác định vị trí của cánh tay khi nâng hạ xe và có xe ở ngõ ra hay không
– Khối động cơ và relay bao gồm các relay và động cơ 12VDC để điều khiển hoạt động của mô hình Rơ le đảo chiều giúp điều khiển động cơ thay đổi hướng
– Khối xử lý trung tâm:
Bằng việc sử dụng laptop hoặc máy tính để bàn, ta có thể tận dụng các công cụ và ngôn ngữ lập trình tích hợp sẵn để có thể thực hiện các chức năng yêu cầu của hệ thống như chức năng thu nhận, chức năng xử lý và chức năng lưu trữ mã thẻ từ đầu đọc RFID, chức năng nhận dạng biển số từ hình ảnh chụp bằng camera, và giao tiếp với PLC qua truyền thông ethernet
PLC sẽ nhận các tín hiệu từ laptop hoặc máy tính và các tín hiệu đầu vào khác để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống
3.2 Hoạt động của mô hình tháp giữ xe tự động a Gửi xe vào
Khi ở chế độ Auto Khi có xe vào thì camera sẽ chụp ảnh biển số xe, sau đó ta quẹt thẻ thì bộ RFID sẽ gửi mã dữ liệu thẻ vào máy tính
– Nếu như bãi xe còn chỗ trống thì hệ thống cánh tay nâng sẽ đưa xe vào vị trí gần nhất và hiện chỗ trống đó đã có xe trên màn hình giám sát
– Nếu như bãi xe không còn chỗ trống thì hệ thống sẽ cảnh báo bãi xe đầy
Khi ở chế độ Manual Ta sẽ chọn thêm vị trí đặt xe, sau đó hệ thống sẽ tự động đưa xe vào vị trí mong muốn ( nếu vị trí đó đang trống) b Lấy xe ra
Khi ở chế độ Auto Khi muốn lấy xe ra thì ta quẹt thẻ để hệ thống nhận được mã dữ liệu của thẻ, sau đó kiểm tra dữ liệu của thẻ có được lưu trữ trong bãi xe hay không Nếu như có thì sẽ tiến hành trả xe:
– Nếu như vị trí trả xe trống thì hệ thống sẽ tiến hành lấy xe ra
– Nếu như vị trí trả xe đang có xe thì hệ thống sẽ đợi khi nào xe được lấy ra thì mới tiến hành trả xe theo yêu cầu
Khi ở chế độ Manual Ta sẽ chọn vị trí xe muốn lấy ra và hệ thống sẽ tiến hành trả xe sau đó sẽ xóa dữ liệu mã thẻ ở vị trí xe
Mã thẻ dữ liệu sẽ được xóa khi lấy xe ra khỏi vị trí lấy xe ra
3.3 Thiết kế cơ khí cho hệ thống tháp giữ xe tự động
Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu cho hệ thống
Với mục tiêu tối ưu hóa về mặt số lượng vị trí gửi xe trong một diện tích giới hạn và tạo ra một hệ thống giữ xe ô tô đẹp, hiện đại và thúc đẩy tính mỹ quan của thành phố Ngoài ra còn phụ thuộc vào các yếu tố quan trọng khác như thời gian lấy và trả xe, tính tự động cao, chất lượng gửi xe phải được đảm bảo Trong số các giải pháp giữ xe ô tô được đề xuất trong phần lý thuyết chỉ có hệ thống tháp giữ xe dạng hình vuông và hình trụ tròn mới đáp ứng được những tiêu chí này Dựa trên một số chứng mình sau đây chúng tôi quyết định lựa chọn thiết kế và thi công mô hình tháp giữ xe tự động hình trụ tròn
Hình 3 3 Hình ảnh tháp giữ xe hình trụ tròn của hãng xe Volkswagen
So sánh hai phương án tháp giữ xe cùng diện tích như hình bên dưới
Hình 3 4 Hình ảnh về kích thước 2 phương án
Tiêu chí Tháp vuông Tháp trụ tròn
Thẩm mỹ Phù hợp kiểu kiến trúc và không gian đô thị cổ điển
Có thể coi là đẹp mắt và phù hợp với kiểu thiết kế hiện đại
Hiệu suất Xu hướng chiếm diện tích lớn hơn vì xe chỉ có thể đỗ trên các tầng riêng lẻ
Tiết kiệm diện tích vì có thể đỗ xe trên nhiều tầng quay quanh trụ
Chi phí Thường có chi phí xây dựng thấp hơn Thường đắt hơn do cần thiết kế kỹ thuật phức tạp và cấu trúc vòm
Bảng 3 1 Bảng so sánh tháp giữ vuông và trụ tròn
So sánh kết cấu chịu lực khi bãi xe ở dưới lòng đất
Hình 3 5 Kết cấu chịu lực tác động khi xây tháp giữ xe ngầm
Nếu đặt hệ thống đỗ xe hình trụ tròn (hình 3.5) dưới lòng đất, cấu trúc tròn của hệ thống sẽ giúp chống động đất bằng cách phân tán lực ra xung quanh, làm giảm tỷ lệ biến dạng Trong khi đó, hệ thống hình vuông có thể gây biến dạng bề mặt dễ dẫn đến lực nén và căng, đòi hỏi xây tường dày hơn Vì vậy, việc đặt hệ thống hình trụ tròn có thể tiết kiệm chi phí xây dựng bề mặt thành của hệ thống
Lựa chọn cơ cấu truyền động
Sau khi phân tích và chọn lọc thì cấu trúc của tháp giữ xe tự động sẽ là hình trụ tròn Vì vậy, cơ cấu truyền động cho hệ thống sẽ bao gồm chuyển động tịnh tiến để nâng hạ cần nâng để xác định tầng đỗ xe và đưa xe vào hoặc lấy xe ra, chuyển động xoay để định vị xe đúng vị trí trong tầng đỗ xe Có nhiều loại cơ cấu truyền động khác nhau để tạo ra chuyển động tịnh tiến, và việc lựa chọn cơ cấu phù hợp là rất quan trọng
Cơ cấu truyền động dây đai: Hình 3.6 minh họa một cơ cấu dựa trên lực ma sát giữa các mặt tiếp xúc của hai vật dẫn Cấu trúc bao gồm ba phần chính gồm có: bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai
Hình 3 6 Cơ cấu truyền động dây đai
Cơ cấu vít me đai ốc
Cơ cấu vít me đai ốc là một cơ cấu truyền động giúp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Cơ cấu này thường được áp dụng để truyền động và tăng cường lực nếu cần thiết
Hình 3 7 Cơ cấu vít me
Chọn phương án truyền động tuyến tính
Vì hạn chế kiến thức về thiết kế cơ khí, chúng tôi đã quyết định lựa chọn phương án sử dụng cơ cấu truyền động dây đai để tạo các chuyển động tịnh tiến vào/ra, kết hợp với động cơ 12VDC, pulley, ròng rọc và dây đai Đồng thời,chúng tôi cũng chọn bộ truyền động vít me đai ốc để tạo chuyển động lên xuống cho cánh tay và sử dụng động cơ 12VDC cho phần này
Ngoài ra, như đã phân tích, cả hai giải pháp này đều đơn giản, dễ dàng lắp đặt và có chi phí thấp, hoàn toàn phù hợp với khả năng và yêu cầu của chúng tôi trong việc mô phỏng thuật toán tháp giữ xe tự động
Vì mô hình bãi đỗ xe được thiết kế dưới dạng hình trụ tròn, nên nó sẽ bao gồm ba chuyển động chính là: chuyển động vào/ra, chuyển động nâng/hạ và chuyển động xoay đến vị trí đúng cần thiết a Cơ cấu chuyển động vào ra của mô hình
Thiết kế cơ khí cho hệ thống tháp giữ xe tự động
Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu cho hệ thống
Với mục tiêu tối ưu hóa về mặt số lượng vị trí gửi xe trong một diện tích giới hạn và tạo ra một hệ thống giữ xe ô tô đẹp, hiện đại và thúc đẩy tính mỹ quan của thành phố Ngoài ra còn phụ thuộc vào các yếu tố quan trọng khác như thời gian lấy và trả xe, tính tự động cao, chất lượng gửi xe phải được đảm bảo Trong số các giải pháp giữ xe ô tô được đề xuất trong phần lý thuyết chỉ có hệ thống tháp giữ xe dạng hình vuông và hình trụ tròn mới đáp ứng được những tiêu chí này Dựa trên một số chứng mình sau đây chúng tôi quyết định lựa chọn thiết kế và thi công mô hình tháp giữ xe tự động hình trụ tròn
Hình 3 3 Hình ảnh tháp giữ xe hình trụ tròn của hãng xe Volkswagen
So sánh hai phương án tháp giữ xe cùng diện tích như hình bên dưới
Hình 3 4 Hình ảnh về kích thước 2 phương án
Tiêu chí Tháp vuông Tháp trụ tròn
Thẩm mỹ Phù hợp kiểu kiến trúc và không gian đô thị cổ điển
Có thể coi là đẹp mắt và phù hợp với kiểu thiết kế hiện đại
Hiệu suất Xu hướng chiếm diện tích lớn hơn vì xe chỉ có thể đỗ trên các tầng riêng lẻ
Tiết kiệm diện tích vì có thể đỗ xe trên nhiều tầng quay quanh trụ
Chi phí Thường có chi phí xây dựng thấp hơn Thường đắt hơn do cần thiết kế kỹ thuật phức tạp và cấu trúc vòm
Bảng 3 1 Bảng so sánh tháp giữ vuông và trụ tròn
So sánh kết cấu chịu lực khi bãi xe ở dưới lòng đất
Hình 3 5 Kết cấu chịu lực tác động khi xây tháp giữ xe ngầm
Nếu đặt hệ thống đỗ xe hình trụ tròn (hình 3.5) dưới lòng đất, cấu trúc tròn của hệ thống sẽ giúp chống động đất bằng cách phân tán lực ra xung quanh, làm giảm tỷ lệ biến dạng Trong khi đó, hệ thống hình vuông có thể gây biến dạng bề mặt dễ dẫn đến lực nén và căng, đòi hỏi xây tường dày hơn Vì vậy, việc đặt hệ thống hình trụ tròn có thể tiết kiệm chi phí xây dựng bề mặt thành của hệ thống
Lựa chọn cơ cấu truyền động
Sau khi phân tích và chọn lọc thì cấu trúc của tháp giữ xe tự động sẽ là hình trụ tròn Vì vậy, cơ cấu truyền động cho hệ thống sẽ bao gồm chuyển động tịnh tiến để nâng hạ cần nâng để xác định tầng đỗ xe và đưa xe vào hoặc lấy xe ra, chuyển động xoay để định vị xe đúng vị trí trong tầng đỗ xe Có nhiều loại cơ cấu truyền động khác nhau để tạo ra chuyển động tịnh tiến, và việc lựa chọn cơ cấu phù hợp là rất quan trọng
Cơ cấu truyền động dây đai: Hình 3.6 minh họa một cơ cấu dựa trên lực ma sát giữa các mặt tiếp xúc của hai vật dẫn Cấu trúc bao gồm ba phần chính gồm có: bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai
Hình 3 6 Cơ cấu truyền động dây đai
Cơ cấu vít me đai ốc
Cơ cấu vít me đai ốc là một cơ cấu truyền động giúp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Cơ cấu này thường được áp dụng để truyền động và tăng cường lực nếu cần thiết
Hình 3 7 Cơ cấu vít me
Chọn phương án truyền động tuyến tính
Vì hạn chế kiến thức về thiết kế cơ khí, chúng tôi đã quyết định lựa chọn phương án sử dụng cơ cấu truyền động dây đai để tạo các chuyển động tịnh tiến vào/ra, kết hợp với động cơ 12VDC, pulley, ròng rọc và dây đai Đồng thời,chúng tôi cũng chọn bộ truyền động vít me đai ốc để tạo chuyển động lên xuống cho cánh tay và sử dụng động cơ 12VDC cho phần này
Ngoài ra, như đã phân tích, cả hai giải pháp này đều đơn giản, dễ dàng lắp đặt và có chi phí thấp, hoàn toàn phù hợp với khả năng và yêu cầu của chúng tôi trong việc mô phỏng thuật toán tháp giữ xe tự động
Vì mô hình bãi đỗ xe được thiết kế dưới dạng hình trụ tròn, nên nó sẽ bao gồm ba chuyển động chính là: chuyển động vào/ra, chuyển động nâng/hạ và chuyển động xoay đến vị trí đúng cần thiết a Cơ cấu chuyển động vào ra của mô hình
Thiết kế cơ cấu cánh tay để mô phỏng chuyển động tịnh tiến để có thể lấy xe vào hoặc lấy xe ra Cơ cấu truyền động dây đai được truyền dẫn bởi 4 con trượt và trượt trên thanh nhôm 20x20
Động cơ Động cơ dùng cho cơ cấu truyền động dây đai chúng em lựa chọn động cơ DC có tốc độ thấp và nhỏ gọn kết hợp với công tắc hành trình để tối ưu chi phí cho mô hình
Do đó chúng em quyết định chọn động cơ giảm tốc JGB37-520 12VDC 35 RPM
Hình 3 8 Hình ảnh động cơ giảm tốc được gắn vào cơ cấu truyền động dây đai Ưu điểm:
– Động cơ DC giảm tốc JGB37-520 12VDC được thiết kế với cấu trúc kim loại, mang lại độ bền cao, chịu nhiệt cao và độ ổn định cao Hộp giảm tốc của động cơ có nhiều tỷ số truyền khác nhau, điều này cho phép bạn có thể dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ của động cơ Khi lực kéo càng lớn thì tốc độ sẽ càng chậm và ngược lại
– Do thiết kế có hộp số nên tốc độ quay sẽ chậm
– Tốc độ quay không tải: 35 RPM( vòng/ phút)
Do thanh trục đầu ra của trục động cơ 12VDC GA37-520 gần bằng 6mm nên chúng tôi sẽ sử dụng pulley với cùng kích thước để gắn vào đầu thanh trục của động cơ để tạo thành bánh dẫn trong cơ cấu truyền động tịnh tiến bằng dây đai
Hình 3 9 Pulley GT2 20 răng 6mm
Ròng rọc GT2 Đường kính của nó là 3mm, có tất cả 20 răng và nó được đặt ở phía dưới của hệ thống tạo thành bánh bị dẫn Chọn loại ròng rọc có đường kính khác cũng không quan trọng lắm, miễn là nó hoạt động được với dây đai GT2 được giới thiệu ở bên dưới
Dây đai curoa được làm bằng chất liệu nhựa cao su, được sử dụng để truyền chuyển động của 2 bánh dẫn và tạo nên một chuyển động tuyến tính cho hệ thống Vì pulley và ròng rọc được chọn là loại GT2 nên phải chọn dây đai loại GT2 có cùng kích thước mới có thể vận hành hệ thống
Bánh xe V-slot là một loại bánh xe được thiết kế chuyên dụng sử dụng trên các hệ thống V-slot, giúp cho việc di chuyển các phần của hệ thống được ổn định và trơn tru
Sơ đồ nối dây PLC
Hình 3 28 Sơ đồ mạch điện đấu nối nguồn 24VDC
Nguồn PLC sử dụng là nguồn 24VDC nên chúng tôi thiết kế sơ đồ mạch điện vào nguồn 220VAC thông qua bộ nguồn tổ ong ngõ ra 24VDC để cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị của hệ thống
Hình 3 29 Sơ đồ mạch động lực
Mô hình sử dụng 2 động cơ step motor để điều khiển cơ cấu nâng hạ và xoay kết hợp với động cơ DC để điều khiển cơ cấu ra vào của hệ thống vì vậy chúng tôi thiết kế sơ đồ mạch động lực cho thiết bị được điều khiển từ các ngõ ra của driver và relay
Hình 3 30 Sơ đồ đấu dây bộ cảm biến quang và module chuyển đổi DC-DC
Do mô hình sử dụng động cơ có nguồn cấp 12VDC nên chúng tôi thiết kế sơ đồ đấu dây cho cảm biến LM2596 để hạ áp nguồn từ 24VDC xuống nguồn 12VDC và thiết kế sơ đồ đấu dây cho cảm biến quang loại NPN
Hình 3 31 Sơ đồ nối dây PLC
Thiết kế sơ đồ đấu nối dây cho PLC, bao gồm cấp nguồn cho PLC từ nguồn 24VDC và ngõ vào DI cho các nút nhấn, cảm biến quang, công tắc hành trình, ngõ ra
DO cho các chân của driver và relay
Hình 3 32 Sơ đồ nối dây Driver TB6600
Hệ thống điều khiển 2 động cơ step motor bằng PLC thông qua 2 mạch driver Chúng tôi thiết kế sơ đồ nối dây cho 2 mạch driver TB6600
Hình 3 33 Sơ đồ nối dây Arduino UNO R3
Hình 3 34 Sơ đồ nối dây module RFID-RC522
Hệ thống sử dụng mạch arduino UNO R3 để điều khiển và lấy tín hiệu từ module RFID-RC522 Vì vậy chúng em thiết kế sơ đồ đấu nối dây giữa mạch arduino UNO R3 và module RFID như hình 4.7 và hình 4.8.
Hệ thống giám sát
Dựa vào các lưu đồ giải thuật của mục 4.1 giao diện của hệ thống sẽ cần có các chức năng sau:
– Hiển thị thông tin các vị trí trong bãi đỗ xe
– Hiển thị thông tin các xe đang đỗ trong bãi
– Hiển thị hình ảnh từ camera để nhận diện biển số xe
– Hiển thị mã thẻ được quét
– Chọn giữa chế độ auto và manual để phòng khi gặp sự cố
– Các chức năng điều khiển bằng tay của chế độ manual
Giao diện giám sát trên Visual Studio:
Hình 3 35 Trang chủ giao diện
Hình 3 36 Giao diện điều khiển
Hình 3 37 Màn hình điều khiển hệ thống WINCC
Khu vực hiển thị camera: Camera thu được hình ảnh sẽ hiển thị lên khu vực hiển thị dành cho camera rồi thông qua xử lý ảnh để nhận dạng được biển số xe Khi kí tự được nhận dạng sẽ được hiển thị trên ô biển số
Khu vực hiển thị thông tin mã thẻ: Hiển thị thông tin mã thẻ sau khi được quét mã
Sau khi xe được gửi vào vị trí trong bãi thì thông tin sẽ được lưu trữ vào vùng cơ sỡ dữ liệu
Khu vực thực hiện các chức năng của chế độ manual: Khu vực này dùng để thao tác các chức năng của hệ thống khi sử dụng chế độ manual, các chức năng này sẽ không thể thao tác khi ở trong chế độ auto Gồm chọn vị trí để gửi xe và nút nhấn thực hiện chức năng gửi xe và lấy xe tại vị trí được chọn
Khu vực chọn chế độ auto hoặc manual: Sử dụng các nút nhấn để chuyển qua lại giữa hai chế độ
Khu vực hiển thị cổng kết nối: Cài đặt kết nối PLC, RFID, Camera
Thiết kế layout tủ điện
Thiết kế layout tủ điện để có thể lắp các thiết bị cần thiết lên bản tủ điện một cách hiệu quả nhất
3.7 Thi công m ô hình tháp giữ xe
Danh sách thiết bị sử dụng trong hệ thống:
STT Tên thiết bị Số lượng
1 PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 1
2 Động cơ bước 17PM-K049EP10CN 1
3 Động cơ 12VDC JGB37 35RPM 1
6 Công tắc hành trình 1A – 125VAC 3
7 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30P1 2
8 Module RFID NFC 13.56MHz RC522 1
16 Nút nhấn dừng khẩn cấp 1
Hình 3 39 Khung sườn mô hình sau khi được lắp đặt
Hệ thống sẽ có tổng cộng 10 vị trí lưu trữ xe và 1 vị trí lấy xe ra, 1 vị trí gửi xe
Mô hình được làm từ nhôm định hình Kích thước của mô hình là khoảng chiều cao 900 mm, đường kính 600 mm Mô hình bao gồm 3 cơ cấu chuyển động là cơ cấu xoay, cơ cấu nâng, hạ và ra, vào
Hình 3 40 Lắp thiết bị vào mô hình và đi dây điện cho mô hình
Hệ thống sử dụng động cơ step motor cho cơ cấu xoay và cơ cấu nâng hạ Motor có kích thước vừa phải
Hình 3 41 Lắp động cơ DC vào cơ cấu ra/vào
Hệ thống sử dụng động cơ DC dùng để điều khiển cơ cấu ra vào của hệ thống với công tắc hành trình được nối trên đường di chuyển của cơ cấu giúp tắt động cơ ngay khi đến vị trí đó
Hình 3 42 Thiết kế pas gắn cảm biến sethome cho hệ thống
Hệ thống sử dụng cảm biến để sethome cho hệ thống Nhận được thông tin vị trí của tay nâng để tiến hành thực hiện quy trình lấy, gửi xe
Hình 3 43 Cơ cấu tay nâng của hệ thống
Cơ cấu tay nâng của hệ thống tháp giữ xe được thi công có kích thước 64mm chiều ngang và 130mm chiều dài được cắt bằng tấm sắt nên có độ cứng cáp tốt
Hình 3 44 Cơ cấu nâng hạ, xoay của hệ thống thiết kế và sau khi được lắp hoàn thành
Cơ cấu nâng hạ, xoay của hệ thống được lắp đặt hoàn thiện với 2 động cơ step motor vào trục xoay Động cơ step motor có kích thước nhỏ hơn được dùng để điều khiển cơ cấu truyền động vít me Động cơ step motor có kích thước lớn hơn được dùng để điều khiển cơ cấu truyền động xoay
3.8 Thi công phần tủ điện
Tủ điện điều khiển được thi công theo layout đã thiết kế Các dây điện được đấu nối theo bảng vẽ điện Tủ điện sau khi thi công lắp đặt hoàn thành như hình 5.7
Hình 3 45 Tủ điện được lắp đặt theo layout thiết kế
3.9 Giao diện giám sát hệ thống:
Sau khi vào giao diện hệ thống sẽ có trang đăng nhập Yêu cầu nhập đúng tài khoản và mật khẩu để có thể truy cập được vào hệ thống Sau khi nhập thành công và chính xác sẽ có thông báo đăng nhập thành công
Hình 3 46 Đăng nhập vào hệ thống thành công
Sau khi vào trang hệ thống sẽ đến trang điều khiển Chúng tôi tiến hành quét mã biển số xe và kết quả của giao diện như sau:
Hình 3 47 Hệ thống giao diện tháp giữ xe
Hệ thống giao diện sẽ lưu mã số thẻ vào cơ sở dữ liệu trong mục quản lý xe Khi webcam gửi hình ảnh về máy tính Sau khi ảnh được thu thập từ camera, ảnh sẽ được xử lý như sau:
– Thay đổi kích thước ảnh để ảnh biển số xe nhỏ hơn so với hình ảnh gốc để có tỉ lệ phù hợp với khung hình trong giao diện C# Khung camera trên giao diện chỉ chiếm một khoảng không gian nhất định Việc kích thước ảnh được thay đổi tỉ lệ giúp cho ảnh vẫn giữ được độ nét và chất lượng ảnh
– Ảnh biển số xe sẽ được chuyển về ảnh mức xám để có thể dễ dàng xử lý các ma trận ảnh hơn là ảnh màu
– Làm nhòe ảnh để giảm nhiễu và giảm chi tiết bề mặt Nó giúp làm mịn hình ảnh biển số xe và giảm thiểu các về mờ
– Chuyển đổi hình ảnh phù hợp với ngưỡng thích ứng threshold, để chúng ta nhận được các ngưỡng ảnh khác nhau cho các vùng ảnh khác nhau của cùng một hình ảnh, điều này mang lại kết quả tốt hơn cho hình ảnh có độ chiếu sáng khác nhau – Tìm đường viền(contour) trong ảnh, chúng tôi sử dụng hàm boundingrect là một hàm được sử dụng để tạo một hình chữ nhật theo viền gần đúng cùng với hình ảnh Công dụng chính của thuật toán này là làm nổi bật lên khu vực quan tâm sau khi có được hình dạng bên ngoài của hình ảnh Duyệt hết các contour và kiểm tra các khung hình chữ nhật của các contour đó, nếu có 1 tỷ lệ nhất định giữa chiều rộng và chiều cao trong một khoảng được xác định là các số và chữ của biển số xe
– Vẽ đường viền hình chữ nhật xung quanh các ký tự biển số xe Giúp ta dễ dàng tìm kiếm cũng như quản lý biển số xe ở tháp giữ xe
Hình 3 48 Hình ảnh webcam thu thập được
Sau khi tiến hành chỉnh kích thước ảnh
Hình 3 49 Hình ảnh biển số sau khi xử lý hình ảnh từ webcam
Sau khi hoàn thành chương trình xử lý ảnh
Sau khi quẹt thẻ xe sẽ có mã số thẻ và hình ảnh biển số xe sau khi được hệ thống thực hiện quá trình xử lý ảnh sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của hệ thống
Hình 3 50 Hình ảnh biển số xe sau khi được xử lý ảnh và mã thẻ xe sau khi quét thẻ
Hình 3 51 Mã thẻ sau khi quét thẻ đã được lưu trong cơ sở dữ liệu của hệ thống
Thi công phần tủ điện
Tủ điện điều khiển được thi công theo layout đã thiết kế Các dây điện được đấu nối theo bảng vẽ điện Tủ điện sau khi thi công lắp đặt hoàn thành như hình 5.7
Hình 3 45 Tủ điện được lắp đặt theo layout thiết kế
Giao diện giám sát hệ thống
Sau khi vào giao diện hệ thống sẽ có trang đăng nhập Yêu cầu nhập đúng tài khoản và mật khẩu để có thể truy cập được vào hệ thống Sau khi nhập thành công và chính xác sẽ có thông báo đăng nhập thành công
Hình 3 46 Đăng nhập vào hệ thống thành công
Sau khi vào trang hệ thống sẽ đến trang điều khiển Chúng tôi tiến hành quét mã biển số xe và kết quả của giao diện như sau:
Hình 3 47 Hệ thống giao diện tháp giữ xe
Hệ thống giao diện sẽ lưu mã số thẻ vào cơ sở dữ liệu trong mục quản lý xe Khi webcam gửi hình ảnh về máy tính Sau khi ảnh được thu thập từ camera, ảnh sẽ được xử lý như sau:
– Thay đổi kích thước ảnh để ảnh biển số xe nhỏ hơn so với hình ảnh gốc để có tỉ lệ phù hợp với khung hình trong giao diện C# Khung camera trên giao diện chỉ chiếm một khoảng không gian nhất định Việc kích thước ảnh được thay đổi tỉ lệ giúp cho ảnh vẫn giữ được độ nét và chất lượng ảnh
– Ảnh biển số xe sẽ được chuyển về ảnh mức xám để có thể dễ dàng xử lý các ma trận ảnh hơn là ảnh màu
– Làm nhòe ảnh để giảm nhiễu và giảm chi tiết bề mặt Nó giúp làm mịn hình ảnh biển số xe và giảm thiểu các về mờ
– Chuyển đổi hình ảnh phù hợp với ngưỡng thích ứng threshold, để chúng ta nhận được các ngưỡng ảnh khác nhau cho các vùng ảnh khác nhau của cùng một hình ảnh, điều này mang lại kết quả tốt hơn cho hình ảnh có độ chiếu sáng khác nhau – Tìm đường viền(contour) trong ảnh, chúng tôi sử dụng hàm boundingrect là một hàm được sử dụng để tạo một hình chữ nhật theo viền gần đúng cùng với hình ảnh Công dụng chính của thuật toán này là làm nổi bật lên khu vực quan tâm sau khi có được hình dạng bên ngoài của hình ảnh Duyệt hết các contour và kiểm tra các khung hình chữ nhật của các contour đó, nếu có 1 tỷ lệ nhất định giữa chiều rộng và chiều cao trong một khoảng được xác định là các số và chữ của biển số xe
– Vẽ đường viền hình chữ nhật xung quanh các ký tự biển số xe Giúp ta dễ dàng tìm kiếm cũng như quản lý biển số xe ở tháp giữ xe
Hình 3 48 Hình ảnh webcam thu thập được
Sau khi tiến hành chỉnh kích thước ảnh
Hình 3 49 Hình ảnh biển số sau khi xử lý hình ảnh từ webcam
Sau khi hoàn thành chương trình xử lý ảnh
Sau khi quẹt thẻ xe sẽ có mã số thẻ và hình ảnh biển số xe sau khi được hệ thống thực hiện quá trình xử lý ảnh sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của hệ thống
Hình 3 50 Hình ảnh biển số xe sau khi được xử lý ảnh và mã thẻ xe sau khi quét thẻ
Hình 3 51 Mã thẻ sau khi quét thẻ đã được lưu trong cơ sở dữ liệu của hệ thống
GIẢI THUẬT HỆ THỐNG
Lưu đồ giải thuật
Khởi động hệ thống với các thông số đã được cài đặt với PLC, máy tính, camera, đầu đọc RFID Khi hệ thống nhận được mã ASCII truyền đến từ đầu đọc RFID, chương trình sẽ đọc mã RFID Sao đó hệ thống sẽ kiểm tra vị trí của cơ cấu chuyển động có đang ở vị trí nhận xe, nếu không thì cơ cấu sẽ được điều khiển để về vị trí ban đầu Với mã ASCII nhận được, hệ thống sẽ tiến hành kiểm tra cơ sở dữ liệu có lưu mã ASCII này hay chưa Nếu rồi lấy xe ra ngoài tháp, nếu chưa tiến hành gửi xe vào tháp Sau khi hoàn thành việc lấy, gửi xe thì kiểm tra nút nhấn dừng khẩn cấp Nếu nhấn nút thì hệ thống dừng lại nếu không nhấn nhút thì hệ thống sẽ quay lại lúc chưa quẹt thẻ
Khi chương trình được thực thi, lúc này camera sẽ chụp hình ảnh biển số được gắn trên xe đó và sau đó chương trình sẽ tiến hành xử lý ảnh để nhận dạng các ký tự, chữ số trong biển số Tiếp theo, chương trình sẽ kiểm tra cơ sở dữ liệu các vị trí trong bãi từ vị trí thấp nhất đến cao nhất để xem có vị trí trống hay không Nếu không có vị trí trống, chương trình sẽ thông báo bãi xe đã đầy và chương trình gửi xe vào bãi sẽ kết thúc, quay về bước chờ quét thẻ RFID của chương trình chính
Nếu có vị trí trống, chương trình sẽ đưa xe đến vị trí trống đó và cập nhật thông tin về vị trí, biển số và mã thẻ vào cơ sở dữ liệu Sau đó, cơ cấu sẽ quay về vị trí nhận xe và chương trình gửi xe vào bãi sẽ kết thúc, quay về bước chờ quét thẻ RFID của chương trình chính
Khi chương trình được thực thi, hệ thống sẽ so khớp mã ASCII nhận được từ bộ quét mã thẻ với cơ sở dữ liệu để xác định vị trí trong bãi đỗ xe tương ứng Sau đó, hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu đến vị trí đã xác định và thực hiện quá trình lấy xe, sau đó đưa xe trở lại vị trí ban đầu để nhận xe Cuối cùng, chương trình sẽ cập nhật cơ sở dữ liệu để giải phóng vị trí đã lấy xe, sẵn sàng cho việc đỗ xe mới vào vị trí đó Chương trình gửi xe vào bãi sẽ kết thúc và quay về bước chờ quét thẻ RFID của chương trình chính
Khi chương trình được thực thi, hệ thống sẽ kiểm tra xem mã ASCII nhận được có tồn tại trong cơ sở dữ liệu hay không để xác định liệu đó có phải là một thẻ hợp lệ cho bãi đỗ xe hay không Trong trường hợp thẻ không tồn tại, chương trình sẽ thông báo rằng ID không hợp lệ và quay lại bước chờ quét thẻ Nếu mã có tồn tại trong cơ sở dữ liệu, chương trình sẽ gửi mã đến chương trình chính và kết thúc quá trình đọc mã RFID .
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH
Kết quả đạt được
Mô hình sau khi tiến hành thi công lắp đặt các thiết bị:
Hình 5 1 Mô hình hoàn chỉnh hệ thống tháp giữ xe
Trong điều khiện ánh sáng môi trường bình thường thì số lần nhận diện biển số xe được thử nghiệm 10 lần với số lượng mẫu thử khác nhau Chúng tôi thu được kết quả như bảng 5.1
Bảng 5 1 Bảng sô liệu thực nghiệm xác xuất sử lý ảnh nhận dạng biển số xe
Lần thứ Sỗ mẫu thử Số lần đúng Tỉ lệ
5 35 27 77% Để có thể đánh giá khách quan về độ chính xác của việc lấy, gửi xe của các vị trí trong hệ thống Chúng tôi quyết định sử dụng dụng phương pháp thực nghiệm trực tiếp trên mô hình từng vị trí Chúng tôi thu được bảng số liệu như bảng 5.2
Bảng 5 2 Bảng số liệu xác suất thành công của việc lấy, gửi xe của hệ thống
Thời gian Chế độ Số lần Nhập Xuất Tỉ lệ
Vị trí Động cơ Xử lý biển số
4 Đạt Không đạt Đạt Đạt
1 Đạt Không đạt Đạt Đạt
3 Đạt Không đạt Đạt Đạt
3 Đạt Không đạt Đạt Đạt
1 Đạt Không đạt Đạt Đạt
Lần 1 3 Đạt Không đạt Đạt Đạt 50%
2 Đạt Không đạt Đạt Đạt
3 Trượt bước Đạt Đạt Đạt
3 Đạt Không đạt Đạt Đạt
1 Trược bước Đạt Đạt Đạt
3 Đạt Không đạt Đạt Đạt
Phân tích bảng số liệu
Theo bảng số liệu ta có được thông tin về xác suất thành công việc lấy và gửi xe của các vị trí trong hệ thống Xác suất thành công cao nhất là 100% , xác suất thành công thấp nhất là 50% Do có sự sai lệch và sự rung lắc trong quá trình hệ thống hoạt động
Chương trình xử lý ảnh của hệ thống hoạt động tương đối ổn định với xác suất thấp nhất là 50% do có thể bảng số xe bị mờ thì hệ thống cũng không thể nhận dạng chính xác nhất vì hình ảnh từ webcam không đủ sắc nét để có thể nhận dạng.
