bãi giữ xe tự động dùng s7 1200

Phạm vi nghiên cứu Với đồ án, nhóm chúng em đã tìm hiểu các cơ sở bao gồm có: nhu cầu về hệ thống gởi xe hiện tại, chọn lọc và tìm biện pháp thi công hợp lý, Tìm hiểu phát triển thuật t

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Theo thống kê của VAMA với tháng 1/2024, doanh số của thị trường Việt Nam đạt 19.243 xe, giảm 50% với tháng 12/2023 tăng 11% với tháng 1/2023 Trong số này, doanh số xe cho việc du lịch giảm 54%; xe thương mại giảm 31,5% và xe chuyên dụng giảm 46% so với tháng những trước Sản lượng của các xe lắp ráp trong nước là 9.783 xe và số lượng của các xe nhập khẩu nguyên chiếc là 9.460 xe, giảm 36% so với tháng trước Những điều này cho ta thấy việc nhu cầu mua ô tô của người Việt Nam mặc dù đã có chiều hướng suy giảm và có dấu hiệu giảm nhiệt nhưng dựa theo tình hình kinh tế khó khăn và đa phần xe chưa đến thời kì thay mới thì số lượng xe ô tô ở Việt Nam rất nhiều và vẫn tăng dần

Sự phát triển của xã hội đã tạo ra nhu cầu đi lại và kinh doanh ngày càng tăng lên, điều này cũng là một nguyên nhân khiến nhu cầu mua ô tô tăng cao Sự xuất hiện của các nhà sản xuất ô tô Việt Nam của Vinfast và với các dòng sản phẩm như Vinfast LUX và Fadil cũng được kỳ vọng sẽ tăng cường sự tiêu thụ ô tô trong nước

Nhưng vậy, kèm với sự tiến bộ là tồn đọng về quá tải trong việc chấp nhận nhu cầu gửi và lấy xe của nhiều người Trường hợp phương tiện leo lên vỉa hè và lòng đường để đậu xe, gây ra tắc đường và kẹt xe thường xuyên, đặc biệt vào những giờ cao điểm Điều này không chỉ gây cản trở giao thông mà còn ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị và an toàn giao thông

Nhằm mục tiêu giải quyết vấn đề này, giải pháp phát triển các bãi gửi xe tự động là cực kỳ cần thiết và cấp bách Các mô hình đỗ xe ô tô tự động này sẽ áp dụng các tiến bộ về khoa học kỹ thuật để đáp ứng mong đợi lớn của con người và đồng thời tạo ra cảnh quan đô thị đẹp mắt và phong phú hơn.

Mục tiêu đồ án

- Ứng dụng sự đa năng của PLC S7-1200 cùng với các thiết bị tự động như động cơ bước, động cơ DC, cảm biến, Để thực hiện xây dựng bãi giữ xe vận hành tự động trong việc gửi và lấy xe

- Học hỏi và ứng dụng AI YOLO cho việc nhận diện biển số xe và màu xe một cách nhanh chóng và chính xác

- Lập trình thuật toán giúp việc gửi và lấy xe một cách thông minh, nhanh chóng dựa vào thời gian lấy xe của từng vị trí hệ thống

- Kết hợp RFID với ESP32 kết nối bluetooth trong việc quẹt thẻ lấy thông tin người dùng

- Tạo cho cả kỹ sư những giao diện điều khiển, giám sát và quản lý trên máy tính và các thiết bị thông minh khác Đồng thời, người dùng sẽ có giao diện để theo dõi về hệ thống cũng như thông tin về xe cá nhân.

Đối tượng nghiên cứu

Về phần đồ án, nhóm chúng em mong muốn tìm đến biện pháp lấy và gởi xe giúp tiết kiệm diện tích gởi nhất giúp hợp lý với những tỉnh thành lớn như Thành phố

Hồ Chí Minh, Hà Nội Các biện pháp tìm hiểu để tối ưu chỗ được sử dụng, tối ưu chất lượng gởi xe và làm ít đi thời gian gởi xe cho người dùng Ngoài ra còn giải quyết các vấn đề quản lý giữ xe, giải pháp lưu trữ xe hợp lý.

Phạm vi nghiên cứu

Với đồ án, nhóm chúng em đã tìm hiểu các cơ sở bao gồm có: nhu cầu về hệ thống gởi xe hiện tại, chọn lọc và tìm biện pháp thi công hợp lý, Tìm hiểu phát triển thuật toán điều khiển mô hình và cho phép truyền thông giữa các module sử dụng, biện pháp lưu trữ tốt nhất.

Nội dung đề tài

Trình bày vấn đề tồn tại trong thực tế từ đó đưa ra lý do chọn đề tài, xác định mục tiêu và bố cục của đề tài

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Phân tích ưu nhược điểm các bãi gữi xe hiện có, trình bày các lý thuyết có liên quan đến đề tài

• Chương 3: Lựa chọn thiết kế và xây dựng hệ thống

Lựa chọn các cơ cấu đang có trong thực tế, lựa chọn thiết bị, thiết kế phần cứng sử dụng trong hệ thống

• Chương 4: Lưu đồ giải thuật và thi công hệ thống

Trình bày cấu trúc hoạt động của hệ thống, thi công phần cứng, phần điện

• Chương 5: Kết quả so sánh thực nghiệm

Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm Phân tích, đánh giá và so sánh với mục tiêu ban đầu đặt ra

• Chương 6: Kết luận và phương hướng phát triển

Trình bày những điểm mạnh và những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa ra các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phân tích các giải pháp bãi giữ xe

2.1.1 Bãi giữ xe ô tô truyền thống

Hệ thống gởi xe này cần chỉ là một diện tích có kẻ vạch với một số nhân viên quản lý, kiểm vé và ghi nhận thông tin xe của khách hàng Dạng giữ xe này đòi hỏi ít năng lượng cho việc chiếu sáng và không bị ảnh hưởng khi có sự cố mất điện Ưu điểm:

- Đầu tư với mức độ thấp

- Chi phí vận hành thấp

- Hệ thống sử dụng đơn giản

- Không mang theo sự tự động

- Suy giảm do giá trị bất động sản tăng dần

- Số lượng gởi có phần thấp hơn so với bãi gởi phương tiện cao

Hình 2.1 Bãi giữ xe ô tô truyền thống

2.1.2 Bãi giữ xe ô tô cao tầng

Tương tự như bãi gửi xe truyền thống nhưng đã được mở rộng thêm không gian lưu trữ bằng cách xây dựng thêm các tầng để lưu trữ xe nhằm khai thác thông gian theo chiều dọc, khách hàng sẽ di chuyển theo đường cung tròn để đi dần lên cao Ưu điểm:

- Có nhiều không gian lưu giữ xe

- Khách hàng tự di chuyển tự do ở các tầng gây mất trật tự và an toàn

- Chưa cắt giảm được lượng khí thải

Hình 2.2 Bãi gửi xe ô tô cao tầng

2.1.3 Bãi giữ xe ô tô tự động trung chuyển

Hệ thống sử dụng các thang máy để đưa mâm chứa xe vào vị trí gửi, thường được thiết kế âm dưới mặt đất hoặc nổi trên mặt đất Hệ thống con lăn, ròng rọc được bố trí ở mọi nơi trong hệ thống để phục vụ việc di chuyển của mâm Việc gửi xe cũng hoạt động tự động Ưu điểm:

- Thời gian gửi xe lấy xe tối ưu

- Sự hài hòa và ứng dụng tốt vì có thể thiết kế âm nền

- Hệ thống mang tính tự động cao

- Giá thành đầu tư cao

- Yêu cầu công nghệ kỹ thuật cao

Hình 2.3 Bãi gửi xe ô tô tự động trung chuyển

2.1.4 Bãi giữ xe ô tô tự động dạng trụ tròn

Hệ thống tự động này sẽ cho phép xe được lấy và di chuyển nhờ cơ cấu trục 3 hướng, xe được gửi xung quanh trụ tròn Khách hàng chỉ cần hoàn tất thủ tục gửi xe, việc gửi xe sẽ được thực hiện tự động Ưu điểm:

- Có sức chứa số xe lớn hơn so với những bãi đỗ xe ô tô tự động khác

- Thời gian lấy xe nhanh, tính tự động cao, giám sát chặt chẻ

- Cắt giảm lượng khí thải ra môi trường

- Vấn đề về chi phí đầu tư

- Yêu cầu công nghệ kỹ thuật cao

Hình 2.4 Bãi gửi xe ô tô dạng trụ tròn

Lựa chọn giải pháp cho bãi gửi xe ô tô

Nhóm lựa chọn thi công mô hình bãi giữ xe ô tô có dạng trụ tròn Có cơ cấu vận chuyển xe tay nâng và khu vực chứa xe dạng trụ tròn bao quanh tay nâng đó bãi giữ xe ô tô tự động dạng trụ tròn kết hợp cơ cấu tay nâng xoay với khu vực chứa xe được sắp xếp xung quanh trụ tròn, tối ưu hóa không gian và tiện lợi khi lưu trữ nhiều xe ô tô mà không cần phải di chuyển các xe khác ra khỏi chỗ đỗ

- Cơ cấu tay nâng: Xe được đặt trên một nền tảng chuyển động có thể xoay được xung quanh trục trung tâm, điều này cho phép xe được di chuyển lên và xuống mà không cần phải di chuyển tới hoặc lùi ra khỏi chỗ đỗ Cơ cấu này thường được điều khiển bằng các động cơ điện hoặc thủy lực

- Khu vực chứa xe: Mỗi tầng của bãi giữ xe trụ tròn có thể chứa nhiều xe Các chỗ đỗ xe được phân bố theo vòng tròn quanh trụ và sắp xếp một cách hợp lý để tối đa hóa số lượng xe có thể đỗ trong không gian nhỏ

Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài

Công nghệ RFID là kỹ thuật diện nhận bằng sóng vô tuyến, cho phép thu sóng radio, giám sát, quản lý đối tượng Công nghệ này có thể đọc nhiều thẻ cùng lúc với độ chính xác, không cần sử dụng công nghệ tia sáng như đọc mã vạch, có thể đọc, nhận dạng dữ liệu truyền qua khoảng cách nhỏ mà không cần tiếp xúc, thẻ RFID vẫn đọc được mã thẻ dù thẻ có bị cong vênh Lợi ích của thẻ từ có thể dùng làm thẻ điểm danh chấm công của công ty, gửi và lấy xe tại bãi gửi xe

Hình 2.5 Cấu trúc công nghệ RFID

2.3.2 Thư viện xử lý ảnh

OpenCV là thư viện mã nguồn mở có thể giúp làm những nhiệm vụ thị giác máy tính và xử lý ảnh Thư viện này được ứng dụng trong thị giác máy tính như nhận diện gương mặt, phát hiện người và vật thể, tái tạo 3D, trong lĩnh vực y tế, và các công việc khác OpenCV còn chạy trên nhiều hệ hệ thống khác nhau như Windows, macOS, Linux, Android, IOS và cũng hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình khác

EasyOCR là một thư viện mã nguồn mở được phát triển bởi Jaided AI, cho phép thực hiện nhận dạng ký tự quang học một cách dễ dàng và hiệu quả OCR (Optical Character Recognition) là công nghệ chuyển đổi các ký tự trong hình ảnh hoặc tài liệu quét thành văn bản có thể chỉnh sửa và tìm kiếm được EasyOCR hỗ trợ nhận

7 dạng ký tự cho hơn 80 ngôn ngữ, bao gồm cả những hình ảnh ngôn ngữ phức tạp như chữ tượng hình Đặc biệt dễ dàng tích hợp với các framework AI, nó sử dụng các mô hình học sâu tiên tiến (deep learning) để đạt được độ chính xác cao trong nhận dạng ký tự

Webserver, cách gọi thân thuộc khác là máy chủ web, là một phần mềm hay một hệ thống có khả năng và trách nhiệm cung cấp các tài nguyên như trang HTML, hình ảnh, video cũng như các dữ liệu tới người sử dụng bằng cách truy cập vào các trình duyệt web thông qua mạng nội bộ hoặc mạng internet

Thành phần tạo lên Web Server:

- Phần cứng: Cần có một máy tính làm máy chủ chạy và chứa phần mềm máy chủ web và được cấu hình một cách rõ ràng Máy chủ cần có CPU thực hiện các tác vụ tính toán, RAM dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời và các yêu cầu cần xử lý,…

- Phần mềm: Máy chủ cần phải có một hệ điều hành phổ biến như Linux, Windows hoặc MacOS Để tạo lên trang web, cần phải có ngôn ngữ lập trình, đặc biệt là web động thì cần PHP, Python, Ruby hoặc Node.js Bên cạnh đó để lưu trữ và truy xuất dữ liệu cần có một cơ sở dữ liệu như MySQL, PostgreSQL, MongoDB, hoặc Redis

Webserver có vai trò quan trọng và gắn liền với đời sống công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện này, từ giải trí, quảng cáo, vận chuyển cũng như trong hệ thống quản lí và sản xuất Webserver đóng vai trò trung gian, xử lý và truyền tải thông tin giữa các người dùng và các ứng dụng, cơ sở dữ liệu thông qua giao thức HTTP hoặc HTTPS Trong việc giám sát hệ thống và điều khiển chúng từ xa bằng internet thông qua ứng dụng Webserver giúp người dùng có thể truy cập và điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu có kết nối internet, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí di chuyển Giảm chi phí nhân lục vận hành, cho phép giám sát các thông số hệ thống ngay lập tức nâng cao hiệu quả và tăng tính linh hoạt trong việc giám sát

2.3.4 Khái niệm Machine learning YOLO V8

YOLO là một kiến trúc mạng thần kinh sâu (deep neural network), một thuật toán phát triển trong việc nhận dạng đối tượng qua hình ảnh và video trong thời gian thực chính xác cao YOLO V8 được cải tiến thuật toán và tối ưu nhận diện đối tượng so với các phiên bản trước Mô hình YOLO được huấn luyện trên dữ liệu lớn như COCO và ImageNet Cho phép chúng có năng lực dự đoán chính xác với các dữ liệu được huấn luyện YOLO V8 cung cấp các công cụ và API dễ dùng, dễ triển khai và tích hợp trong các ứng dụng

2.3.5 Các chuẩn giao tiếp dùng trong hệ thống

Ethernet là một chuẩn giao tiếp mạng được sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ (LAN) để kết nối các thiết bị như máy tính, máy in, bộ định tuyến và các thiết bị mạng khác Ethernet được phát triển vào những năm 1970 bởi Xerox PARC, với phiên bản đầu tiên được công bố vào năm 1980 Phiên bản thương mại đầu tiên của Ethernet có tốc độ 10 Mbps (Megabits per second) Ethernet hoạt động theo nguyên tắc Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Các thiết bị trong mạng sẽ "lắng nghe" đường truyền trước khi gửi dữ liệu để tránh va chạm Nếu có va chạm, các thiết bị sẽ dừng gửi và thử lại sau một thời gian ngẫu nhiên Ethernet được sử dụng rộng rãi trong các mạng văn phòng, gia đình, trung tâm dữ liệu và các hệ thống mạng công nghiệp vì nó dễ triển khai, chi phí thấp, tốc độ cao, độ tin cậy cao

Bluetooth là một chuẩn giao tiếp không dây dùng để trao đổi dữ liệu trong khoảng cách ngắn bằng sóng vô tuyến Được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay, loa không dây, và các thiết bị IoT, Bluetooth giúp kết nối và trao đổi thông tin một cách dễ dàng và tiện lợi Bluetooth hoạt động trong dải tần ISM (Industrial, Scientific, and Medical) từ 2.4 GHz đến 2.485 GHz

Nó sử dụng kỹ thuật nhảy tần (frequency hopping) để giảm thiểu nhiễu và cải thiện độ tin cậy Mặc dù phạm vi hoạt động ổn định không quá rộng nhưng bù lại nó sử dụng, không cần cáp kết nối, tiêu thụ ít năng lượng (đặc biệt là BLE), giá thành rẻ, khả năng tương thích cao

2.3.6 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình

Python là một ngôn ngữ lập trình đa năng, dễ học và mạnh mẽ, phù hợp cho nhiều loại dự án và ứng dụng khác nhau Việc học Python không chỉ mở ra cơ hội nghề nghiệp rộng lớn mà còn giúp bạn phát triển các kỹ năng lập trình một cách nhanh chóng và hiệu quả.Với những điểm tốt như cú pháp rõ ràng và ngắn gọn, đa nền tảng, thư viện phong phú, khả năng mở rộng và tích hợp Nhờ vào những ưu điểm đó Python đưa cho mình thành thành phần trong như: phát triển Web, tự động hóa, phát triển phần mềm, giáo dục

JavaScript là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và linh hoạt, được sử dụng chủ yếu trong việc phát triển web Được tạo ra vào năm 1995, JavaScript đã nhanh chóng trở thành một phần không thể thiếu của các trang web hiện đại Mang cho mình những tính năng nổi bật như mang ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng và chức năng

Ladder Logic hay Ladder Diagram là ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụng trong việc viết ra chương trình điều khiển giúp người dùng có cái nhìn rõ ràng hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác

LỰA CHỌN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Giới thiệu khái quát về hoạt động hệ thống

Hệ thống có 2 chế độ điều khiển tự động và điều khiển bằng tay Ở chế độ điều khiển bằng tay, trên giao diện điều khiển có đầy đủ các nút lên, xuống, ra, vào, quay để thực hiện đưa tay nâng đi đến vị trí chỉ định trong không gian, có các nút thực hiện lấy xe, cất xe, trả xe, truy xuất thông tin xe Ở chế độ điều khiển tự động sẽ có các khâu lớn như:

• Phương thức lấy xe sẽ có hai chế độ điều khiển bao gồm: Tự Động (AUTO) và Điểu khiển bằng tay (MANUAL)

- Ở chế độ tự động: Khi người dùng quẹt thẻ vào để gửi xe, camera hệ thống sẽ chụp ảnh lấy dữ liệu xe của khách hàng Đối với khách hàng ở chế độ ưu tiên thì hệ thống sẽ gửi vào các vị trí thuận tiện, tối ưu về thời gian lúc lấy xe ra, còn đối với các khách hàng kém ưu tiên hơn sẽ được gửi xe ở khu vực hai có thời gian lấy xe trung bình và đối với những khách hàng lần đầu hay ít khi vào gửi xe thì hệ thống chọn những vị trí có thời gian lâu hơn nhưng không quá nhiều so với 2 khu vực ưu tiên

- Ở chế độ bằng tay: Khi khách hàng gửi xe thì người điều khiển sẽ điều khiển Robot tới vị trí IN rồi nhấn TAKE để lấy xe vào, chọn vị trí trên màn hình để gửi vị trí trong hệ thống, khi Robot tới vị trí tương ứng thì nhấn PUT để đặt xe vào vị trí Sau đó nhấn IN về lại vị trí khi người dùng gửi xe vào

• Phương thức lấy xe sẽ có hai chế độ điều khiển bao gồm: Tự Động (AUTO) và Điểu khiển bằng tay (MANUAL)

- Ở chế độ tự động: Hệ thống sẽ nhận đọc mã khi người dùng quẹt thẻ từ để lấy xe, sẽ trích xuất dữ liệu mà đã lưu được khi người dùng gửi xe vào Robot sẽ di chuyển tới vị trí gửi và lấy xe ra Cuối cùng Robot sẽ trả xe lại đúng vị trí OUT đã quy định

- Ở chế độ bằng tay: Người điều khiển sẽ chọn vị trí xe muốn lấy trên màn hình điều khiển trên WinCC hoặc Webserver Robot sẽ di chuyển tới vị trí tương ứng mà người điều khiển bấm vào Sau đó bấm nút Take trên màn hình điều khiển để lấy xe từ vị trí gửi, rồi bấm về vị trí OUT sau đó nhấn PUT để trả xe cho người dùng

• Sự cố kỹ thuật: khi có bất kì sự cố nào ảnh hưởng đến chế độ tự động của hệ thống thì chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay để người vận hành khắc phục sự cố bằng tay sau khi việc khắc phục hoàn thành thì hệ thống tiếp tục hoạt động tự động

Yêu cầu thiết kế

Mô hình “BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG DÙNG S7-1200” cần có các yêu cầu: Quy trình hoạt động Yêu cầu đề ra

Mô hình Cấu trúc vững, lắp ráp đấu nối gọn dễ thay thế linh kiện

Linh kiện thiết bị đại trà Đảm bảo tính an toàn, thẩm mỹ

Quét ảnh Sử dụng Machine Learning để tăng độ tin cậy

Nhận diện được biển số xe, màu xe

Vận chuyển xe Cơ cấu tay nâng di chuyển ổn định, đến chính xác các vị trí gửi xe Động cơ chịu tải tốt, tốc độ di chuyển nhanh Mức độ ưu tiên Dựa vào cơ sở dữ liệu mà lọc ra được các xe có 3 mức độ ưu tiên khác nhau

Vận hành và giám sát Thiết kế giao diện vận hành và giám sát trên các nền tảng WinCC, Web, Python Bảng 3.1: Yêu cầu thiết kế

Lựa chọn thiết bị

3.3.1 Lựa chọn giải pháp gửi xe ô tô tự động

Như đã biết trong cùng một diện tích mặt đất việc bãi gửi xe ô tô thiết kế theo dạng cao tầng sẽ có lợi thế hơn về không gian lưu trữ so với bãi giữ xe truyền thống và dễ thi công trong thực tế hơn so với bãi giữ xe âm dưới lòng đất, ngoài các yếu tốt đó thời gian gửi xe vào là lấy xe ra cũng phải đủ nhanh để đáp ứng lưu lượng khách hàng Việc cắt giảm lượng khí thải, tiếng ồn và đảm bảo an toàn, an ninh cho khách hàng cũng là các yếu tố quan trọng Bãi giữ xe tự động cao tầng dạng trụ tròn được nhóm chọn vì nó đáp ứng đủ các tiêu chí trên Bãi giữ xe này được thiết kế theo dạng trụ tròn để có cấu trúc cao tầng bền vững và cơ cấu vận chuyển xe đơn giản hơn hơn

• So sánh cơ cấu vận chuyển xe

Trong hệ thống dạng trụ tròn sử dụng 1 đến 2 tay nâng để vận chuyển xe đi qua từng vị trí cơ cấu này cần 3 động cơ chính để điều khiển họa động theo 3 hướng trong không gian Đối với hệ thống dạng hộp chữ nhật thì sử dụng hệ nhiều ròng rọc con trượt bố trí ở mọi nơi xung quanh vị trí gửi xe, việc bố trí như vậy là phức tạp trong mô hình có kích thước nhỏ

Hình 3.1 Cơ cấu vận chuyển xe tay nâng

Hình 3.2 Cơ cấu vận chuyển xe ròng rọc con trượt

• So sánh cấu trúc Đối với tác động của gió thì cấu trúc cao tầng dạng nón cụt là vững nhất nhưng lại chiếm nhiều diện tích mặt đất, tiếp đến là các cấu trúc cong, mặt phẳng uốn lượn như ví dụ tòa thị chính Torronto ở Canada còn đối với các cấu trúc trụ vuông sẽ chịu toàn bộ tác động từ gió nếu tác động trực diện Dù vậy để đạt được độ cao và tối ưu diện tích mặt đất thì cấu trúc cao tầng dạng ống hay trụ tròn là tối ưu hơn Trụ tròn có khả năng chống gió tốt hơn so với trụ vuông, nó có thể giảm tác động lực gió xuống khoảng 40% mà vẫn đáp ứng diện tích mặt đất như dạng trụ vuông

Hình 3.3 So sánh cấu trúc dưới tác động của gió

3.3.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động cho mô hình

Truyền động đai là loại bộ truyền động ma sát sử dụng ròng rọc và dây đai đàn hồi đề truyền lực giữa hai hay nhiều trục Cấu tạo hệ truyền động đai gồm 3 phần chính: bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai Khi bánh dẫn quay, mượn lực ma sát để kéo theo dây đai, rồi dây đai cũng cuốn theo bánh bị dẫn để quay theo Chính vì sự êm, trơn tru của nó mà hệ thống này được ứng dụng trong các máy in 3D, hộ số vô cấp của xe, máy khâu, Ưu điểm:

- Đáp ứng tốt các điều kiện tốc độ khác nhau

- Hoạt động không có tiếng ồn

- Đối với loại có răng cần căng dây đai đúng cách để tránh mòn

- Đối với loại dây không răng thì dễ trượt

• Truyền động vít me và đai ốc

Truyền động vít me đai ốc (hay còn gọi là vít me bi) là một cơ cấu cơ khí được sử dụng rộng rãi để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, và ngược lại Hệ thống này thường được thấy trong các máy móc công nghiệp, thiết bị tự động hóa, và các dụng cụ chính xác Ưu điểm:

- Độ chính xác cao, tỷ số truyền lớn

- Chuyển động êm, lực truyền lớn

Hình 3.5 Truyền động vít me đai ốc

Truyền độ ray trượt có 2 loại là trượt vuông và trượt tròn, cả 2 loại đều có nguyên lý tương tự nhau chỉ khác cấu trúc thanh trượt, bên trong con trượt được sử dụng chuỗi các viên bi sắt chuyển động tuần hoàn, giúp cho con trượt chuyển động tuyến tính dọc theo thanh trượt Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản, cứng cáp

- Hiệu quả truyền động cao

Hình 3.6 Truyền động ray trượt

Truyền động xích là một phương pháp truyền động tuyến tính đã được sử dụng trong nhiều máy móc công nghiệp Chúng bao gồm một chuỗi vòng linh hoạt nối với các đĩa xích để truyền chuyển động quay từ bộ phận này sang bộ phận khác Cấu tạo gồm có xích truyền động, dây xích, ổ đĩa xích Tương tự nguyên lý hoạt động của truyền độn dây đai Ưu điểm:

- Hiệu suất truyền lực cao

- Cấu trúc đơn giản phổ biến

- Cần bảo dưỡng bôi trơn thường xuyên

- Tiếng ồn khi hoạt động

Hình 3.7 Truyền động dây xích

Thiết bị truyền động khí nén là thiết bị có khả năng chuyển đổi năng lượng áp suất thành chuyển động cơ năng hoạt động quay tròn hoặc tịnh tiến Bộ điều khiển khí nén được sử dụng để đóng mở van thông qua áp lực của khí nén, có thể sử dụng bộ điều khiển khí nén theo dạng ON/OFF hoặc tuyến tính Cấu tạo gồm bộ cấp khí nén,cơ cấu chấp hành chuyển động thường là các xi lanh, van xả, chốt định vị và 1 số linh kiện tùy theo từng loại cơ cấu chấp hành Ưu điểm:

Hình 3.8 Truyền động khí nén

✓ Chọn phương án truyền động

Sau khi tham khảo 1 số cơ cấu truyền động thì nhóm chọn phương án truyền động dây đai kết hợp ray trượt tròn cho hệ lên, xuống, ra,vào bằng động cơ 12VDC kết hợp với pulley, ròng rọc và dây đai curoa Cơ cấu trượt sẽ dùng 2 thanh trượt tròn Động cơ có pulley và ròng rọc sẽ đặt ở 2 đầu cơ cấu trượt

PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC là một bộ điều khiển logic lập trình (PLC) được sản xuất bởi Siemens PLC được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp để điều khiển máy móc và quy trình dựa trên logic được lập trình bởi người dùng Trong hệ thống PLC là 1 phần bộ não nhận tín hiệu rồi điều khiển các cơ cấu của mô hình phần cứng Việc điều khiển hệ thống theo 1 cấu trúc nhiều chế độ tương đối phức tạp nên nhóm chọn ngôn ngữ lập trình LAD để đơn giản hóa các lệnh Ngoài ra PLC này có số ngõ ra vào dư để đáp ứng cho hệ thống, vừa đáp ứng về giá thành Cuối cùng đây là bộ điều khiển nhóm được học và thực hành tại trường nên đủ tự tin có đủ kiến thức để điều khiển cho hệ thống đồ án

- CPU PLC 1214C DC/DC/DC

- Điện áp cung cấp: 20.4 - 28.8 V DC

- Dòng tiêu thụ: Tối đa 1.25 A

- Bộ nhớ làm việc: 100 KB

- Bộ nhớ dữ liệu: 10 KB

- Số lượng đầu vào số (Digital Inputs): 14 kênh, điện áp vào 24V DC

- Số lượng đầu ra số (Digital Outputs): 10 kênh, loại PNP (sourcing)

- Dòng ra tối đa: 0.5 A mỗi kênh

- Cổng Ethernet: 1 cổng, hỗ trợ giao thức Profinet

- Truyền thông MPI/DP: Không tích hợp, cần thêm module nếu cần

- Tích hợp các bộ đếm tốc độ cao: 6 bộ đếm tốc độ cao

- Tích hợp các bộ phát xung (PWM/PTO): 2 bộ phát xung

Hình 3.9 PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC

ESP32 là một vi điều khiển tích hợp WiFi và Bluetooth, thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT (Internet of Things) Nó có thể được coi như một bộ não của các thiết bị thông minh, cho phép chúng kết nối với Internet và giao tiếp với nhau qua mạng không dây.Với khả năng tích hợp nhiều tính năng vào một bo mạch nhỏ gọn, ESP32 là một công cụ mạnh mẽ trong việc xây dựng các ứng dụng IoT từ những dự án nhỏ cho đến các hệ thống phức tạp

- CPU lõi kép hiệu suất 600 DMIPS

- Bộ nhớ RAM 520KB, ROM 448KB

- Kết nối wifi và bluetooth

- 4 bộ định thời hardware 64 bit và 2 bộ định thời watchdog

- Điện áp hoạt động 2.2 đến 3.6 VDC

Hình 3.10 Vi điều khiển ESP32

Trong mô hình hệ thống, động cơ bước được dùng để xoay tay nâng theo trục đứng đến 1 góc mong muốn, vì sự chính xác và dễ dàng điều khiển ngoài ra cơ cấu nâng hạ cũng không quá nặng nên không ảnh hưởng nhiều đến trục động cơ

- Góc bước động cơ 1.8 độ

Hình 3.11 Động cơ bước 57(NEMA23)

Driver TB6600 là một bộ điều khiển động cơ bước (stepper motor driver) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là trong các ứng dụng CNC (Computer Numerical Control), in 3D, và robot TB6600 được biết đến với khả năng điều khiển chính xác, hiệu suất cao và độ tin cậy tốt

Trong hệ thống, sử dụng 2 động cơ điện 1 chiều dùng để điều khiển lên xuống và ra vào cho cơ cấu tay nâng Cả 2 động cơ đều có hộp giảm tốc nhằm kéo tải lớn trong khi tốc độ hoạt động thấp tránh sự cố trong quá trình hoạt động Điều khiển động cơ bằng các relay tạo mạch đão chiều động cơ

- Động cơ giảm tốc hộp số vuông JGY370

- Điện áp sử dụng: 12VDC

- Tốc độ quay không tải: 160rmp (vòng/phút)

- Tốc độ khi có tải 100rmp

Hình 3.13 Động cơ giảm tốc hộp số vuông JGY370

- Động cơ giảm tốc GA12-N20

- Điện áp hoạt động : 12VDC

- Tốc độ không tải : 100rmp

- Tốc độ quay không tải: 100rmp (vòng/phút)

Hình 3.14 Động cơ giảm tốc GA12-N2

Do trong cơ cấu có 2 loại thanh trượt nên lựa chọn được 2 loại vòng bi trượt sao cho phù hợp nhất với từng con chạy về kích thước và hình dáng

- Vòng bi mặt vuông LMK8UU

- Đường kính lỗ trục 8 mm

- Vật liệu thép chịu lực

Hình 3.15 Vòng bi mặt vuông LMK8UU

- Vòng bi trượt LM6UU

- Đường kính lỗ trục 6 mm

- Vật liệu thép chịu lực

Hình 3.16 Vòng bi trượt LM6UU

Thiết kế phần cứng

3.4.1 Yêu cầu thiết kế phần cứng

- Đảm bảo cấu trúc vững, dễ dàng sửa chữa thay đổi linh kiện

- Dây điện và các đấu nối ngọai vi hợp lý

- Cơ cấu truyền động tay nâng có phạm vi hoạt động vừa với không gian trong lòng khu vực lưu trữ xe

- Bố trí các thiết bị linh kiện phù hợp về kích thước, khối lượng

3.4.2 Thiết kế cơ cấu truyền động tay nâng

Cơ cấu truyền động là hệ tay nâng có khả năng chuyển động lên xuống theo trục đứng, ra vào theo phương vuông góc với trục đứng và có thể xoay xung quanh trục đứng Để đáp ứng 3 chuyển động trên nhóm sử dụng 3 động cơ Thực hiện thiết kế mô phỏng cơ cấu truyền động dây đai kết hợp ray trượt tròn bằng phần mềm Solidworks, sử dụng động cơ bước để điều khiển chuyển động xoay và hai động cơ điện một chiều để điều khiển chuyển động lên xuống ra vào

Hình 3.21 Cơ cấu truyền động tay nâng

3.4.3 Thiết kế khu vực lưu trữ xe

Khu vựa lưu trữ xe được thiết kế dạng trụ tròn bao quanh cơ cấu truyền động di chuyển xe, mô hình mô phỏng trên Solidworks dùng các vòng có gá để lưu trữ xe, cố định các vòng dọc theo khung hệ thống để phân chia thành các tầng

Hình 3.22 Khu vực lưu trữ xe

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

Sơ đồ kết nối tổng quan

Hình 4.1 Sơ đồ kết nối tổng quan

- Khối PLC và khối PC là 1 bộ não hoàn chỉnh của toàn bộ hệ thống PLC thì điều khiển cơ cấu chấp hành theo các chế độ hay theo tín hiệu từ khối PC PC thì xử lý thông tin nhận từ 2 khối CAMERA và RFID, lưu trữ và truyền nhận thông tin đó với PLC

- Khối NGUỒN có các nguồn cung cấp 24VDC và 12VDC

- Khối TÍN HIỆU ĐẦU VÀO gồm các cảm biến hồng ngoại và công tắc hành trình, tác dụng chính của khối này là giới hạn và xác định vị trí tay nâng của hệ thống

- Khối CƠ CẤU CHẤP HÀNH gồm động cơ bước, động cơ điện 1 chiều, các relay trung gian

- Khối RFID là hệ gán giá trị thông tin lên thẻ từ để cấp thông tin cũng như truy xuất thông tin khi giao tiếp với khối PC

- Khối CAMERA là 1 camera công nghiệp giúp thu thập thông tin hình ảnh biển số xe, màu xe cho khối PC

Lưu đồ giải thuật và sơ đồ nối dây

• Lưu đồ hoạt động hệ thống

Hệ thống có 2 chế độ hoạt động điều khiển bằng tay và tự động điều khiển ở chế độ điều khiển bằn tay sẽ có đầy đủ các nút nhấn chức năng để thực hiện việc di chuyển và lưu trữ xe ở chế độ tự động khi nhận các tín hiệu lấy xe hay gửi xe đã quy định từ trước, hệ thống sẽ tự động thực hiện các thao tác di chuyển lấy xe gửi xe.ngoài ra khi chương trình đang chạy sẽ chịu ảnh hưởng của nút bấm PAUSE để tạm dừng hệ thống tại thời điểm bất kì

Hình 4.2 Lưu đồ hoạt động hệ thống

• Lưu đồ giải thuật nhận dạng biển số xe, màu xe

Nhóm sử dụng mô hình machine learing YOLO để training nhận diện biển số và đuôi xe, sau đó áp dụng vào hệ thống để thu thập dữ liệu của xe Dữ liệu sau khi xử lý sẽ lưu lại vào cơ sở dữ liệu và truyền đi cho các giao diện giám sát khác trong hệ thống

Hình 4.3 Lưu đồ nhận dạng biển số xe, màu xe

• Lưu đồ giải thuật lựa chọn vị trí Để thuận tiện cho khách hàng trong việc gửi xe, nhóm đã thiết kế hệ thống gửi xe thành ba nhóm khách hàng sẽ có vị trí gửi khác nhau:

- Nhóm khách hàng gửi thường xuyên trong một ngày: được xếp vào loại khách hàng ưu tiên một này sẽ được xếp vào các vị trí thuận lợi có thể lấy xe với thời gian ngắn nhất trong hệ thống

- Nhóm khách hàng gửi hàng ngày liên tục: được xếp vào loại khách hàng ưu tiên hai này sẽ được xếp vào vị trí với thời gian lấy xe trung bình của hệ thống

- Nhóm khách hàng còn lại : được xếp vào loại khách hàng ưu tiên ba sẽ xếp vào các vị trị với thời gian lấy xe chậm của hệ thống

Ngoài ra, nếu các vị trí của các khách hàng ưu tiên ba hết thì hệ thống bố trí gửi xe vào các vị trí ưu tiên hai và lần lượt ưu tiên một và tương tự với các loại khách hàng khác

Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán lựa chọn vị trí

• Sơ đồ kết nối module RFID

Hình 4.5 Sơ đồ nối dây module RFID

Hệ thống sử dụng 2 thẻ RFID để quét mã tương ứng khi gửi và khi trả xe Thông qua vi điều khiển ESP32 để thu nhận thông tin từ các thẻ RFID và cấp tín hiệu đèn báo, còi hụ cho các relay Ngoài ra nhóm thiết kế thêm mạch in để tăng tính chuyên nghiệp, tính thẩm mỹ cho hệ thống, tránh lỏng, hở mạch trọng quá trình hoạt động

Hình 4.6 Mạch PCB Kết nối RFID

• Sơ đồ kết nối PLC

Hình 4.7 Sơ đồ kết nối PLC

Trong sơ đồ có tên các thiết bị như LS là limit switch đại diện cho công tắc hành trình, RL là cuôn coil của relay, S là sensor đại diện cho cảm biến, và 1 số ký tự mạch điện chuyên dụng khác

• Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước sử dụng Driver TB6600

Hình 4.8 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước sử dụng Driver TB6600

Các chân PUL, DIR, GND được nối trực tiếp với các chân ký hiệu tương tự ở sơ đồ kết nối PLC Thông qua Driver TB6600 và cấu hình các khối trong PLC mà tạo xung điều khiển động cơ bước

• Sơ đồ mạch điều khiển đảo chiều động cơ điện 1 chiều

Hình 4.9 Sơ đồ mạch điều khiển đảo chiều động cơ điện 1 chiều

Tương tự cho động cơ điện 1 chiều còn lại được điều khiển thông qua các rellay

3 và 4 (RL3 và RL4), 2 động cơ này điều khiển tay nâng theo phương đứng và phương ngang Dựa vào việc đóng ngắt có khóa chéo của các relay để điều khiển đão chiều các động cơ.

Thi công phần cứng

Danh sách các thiết bị được sử dụng trong mô hình phần cứng:

STT Tên thiết bị Số lượng

1 PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 1

3 Driver TB6600 điều khiển xung động cơ bước 1

4 JGY370 Động Cơ Giảm Tốc Hộp Số Vuông 160rpm 1

5 GA12-N20 Động Cơ Giảm Tốc 12V 100rpm 1

6 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E3F-DS10C4 5

7 Công Tắc Hành Trình Omron 250VAC 3A SPDT-NO/NC 2

8 Relay Trung Gian Rone 24V 5A 8 Chân 4

13 Vòng bi mặt vuông LMK8UU 2

14 Vòng bi trượt LM6UU 2

16 Gối Đỡ Vòng Bi 8mm KFL08 1

Bảng 4.1: Danh sách các thiết bị được sử dụng

Hệ thống sử dụng nhôm định hình 20x20 để là khung, cố định và đến gỗ để hệ thống thêm vững khi chuyển động Các ty trượt loại 8mm và 6mm được sử dụng cho

35 cơ cấu tay nâng Ngoài ra còn có các khối in 3D là các khối chính trong cơ cấu truyền động, nó ghép nối các linh kiện và giữ tay nâng trong quá trình vận hành

6 khối in 3D được thiết kế bằng phần mềm Solidworks

4.3.1 Thi công mô hình hệ hệ thống

Hệ thống có 3 chuyển động chính được đảm nhiện bởi 3 động cơ Chuyển động quay được dẫn động trực tiếp bằng động cơ bước 24VDC, chuyển động lên xuống và ra vào được truyền động ty trượt với dây đai bằng 2 động cơ 12VDC Tất cả động cơ được điều khiển cấp xung tín hiệu bằng PLC Dọc theo chuyển động lên xuống sử dụng 4 cảm biến hồng ngoại để giới hạn 2 đầu và xác định tầng, còn trong chuyển động ra vào dùng 2 công tắc hành trình để giới hạn chuyển động tránh vượt ngưỡng Dựa vào mô hình mô phỏng tiếng hành lắp đặt cơ cấu vận chuyển xe

- Cơ cấu chuyển động quay tay nâng

Hình 4.11 Cơ cấu chuyển động quay tay nâng

- Cơ cấu chuyển động lên xuống tay nâng

Hình 4.12 Cơ cấu chuyển động lên xuống tay nâng

- Cơ cấu chuyển động ra vào tay nâng

Hình 4.13 Cơ cấu chuyển động ra vào tay nâng

Hình 4.14 Mô hình hệ thống

Bảng điện hệ thống dựa theo các sơ đồ kết nối để lắp ráp, nhóm quyết định thi công bằng tủ điện vừa tăng tính thẩm mỹ vừa an toàn tránh hư hại cho các mạch điều khiển quan trọng trong hệ thống

Hình 4.15 Cấu trúc tủ điện

- Khối bên trên gồm có 2 bộ nguồn 24VDC và 12VDC, bên trái là bộ sử lý trung tâm PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

- Khối bên dưới gồm có driver điều khiển động cơ bước và các relay trung gian điều khiển động cơ điện chiều.

Lập trình giao diện giám sát

4.4.1 Giao diện giám sát, điều khiển trên WinCC

- Tạo các trang (Screens): Tạo các trang cần cần giám sát và điều khiển Mỗi trang có thể tương ứng với một phần của hệ thống

- Thêm các đối tượng đồ họa: Sử dụng các công cụ vẽ của WinCC để thêm các đối tượng đồ họa như nút bấm, đèn báo, đồng hồ đo, và biểu đồ Các đối tượng này sẽ được liên kết với các tags của hệ thống

- Tao những thuộc tính các đối tượng: Định cấu hình thuộc tính của các đối tượng, bao gồm màu sắc, kích thước, và các hành động (ví dụ: khi nút bấm được nhấn)

- Cảnh báo (Alarms): Thiết lập các cảnh báo để thông báo khi các điều kiện bất thường xảy ra

- Người dùng và bảo mật: Cài đặt các cấp độ truy cập khác nhau cho người dùng

Hình 4.16 Giao diện giám sát điều khiển trên WinCC

Phần trang chủ sẽ chứa những thông tin tổng quát cần thiết về hệ thống như thông tin về giảng viên hướng dẫn, nhóm sinh viên thực hiện, tên đề tài, Trang cũng chứa phần đăng nhập phân quyền người dùng giữa admin và users Bên cạnh đó phần giao diện có thêm những nút nhấn chuyển đổi giữa các trang giao diện khác

Hình 4.17 Giao diện trang chủ trên WinCC

• Giao diện trang điều khiển

Giao diện điều khiển là trang giao diện quan trọng nhất trong phần giao diện Wincc, bao gồm 3 phần chính:

- Phần điều khiển: chứa những nút nhấn như auto, manu, để dễ dàng điều khiển hệ thống

- Phần giám sát: giúp cho người dùng có thể biết được trong hệ thống bãi sẽ có bao nhiêu chỗ chưa được gửi và bao nhiêu chỗ còn trống

- Phần Alarm: trong khi điều khiển khi xảy ra lỗi thì phần cảnh báo này sẽ cập nhật ngay cho người dùng khi lỗi xảy ra, giúp người dùng có những phương án giải quyết lỗi kịp thời

Hình 4.18 Giao diện điều khiển trên WinCC

• Giao diện trang vận hành

Giao diện này dường như thiết kế cho việc chạy Auto của hệ thống Giao diện sẽ có những nút nhấn của từng vị trí Mỗi nút nhấn sẽ hiển thị những thông tin cần thiết về vị trí đó Khối bên cạnh sẽ hiển thị cho người dùng về thông tin xe vào, xe ra và xe hiện đang ở vị trí được chọn

Hình 4.19 Giao diện vận hành trên WinCC

• Giao diện trang cảnh báo

Như tên gọi, phần giao này được thiết kế để cho người dùng nhận biết lỗi đang xảy ra của hệ thống cho những người dùng users không có quyền điều khiển hệ thống

Hình 4.20 Giao diện cảnh báo trên WinCC

4.4.2 Giao diện giám sát, điều khiển trên Web Server

Webserver được lập trình trên phần mềm Visual Studio Code và được viết bằng ba ngôn ngữ chính: HTML, CSS, Javascript Trên phần mềm Visual Studio Code cần có những module, thư viện hỗ trợ cho lập trình Webserver:

- NPM (Node Package Manager) là một công cụ quản lý các thư viện và các gói phần mềm lập trình Javascript cho môi trường Node.js

- Socket.IO là một thư viện mạnh mẽ cho việc xây dựng các ứng dụng thời gian thực, cho phép truyền thông hai chiều giữa client và server một cách dễ dàng Các ứng dụng web thời gian thực, chẳng hạn như chat trực tuyến, thông báo tức thì, và cập nhật dữ liệu trực tiếp

- Express, thường được gọi là Express.js hoặc Express, là một framework web ứng dụng dành cho Node.js, được sử dụng rộng rãi để xây dựng các ứng dụng web và API Express cung cấp một bộ công cụ phong phú giúp việc xây dựng các ứng dụng server-side trở nên dễ dàng và nhanh chóng

- Lodash là một thư viện JavaScript tiện ích cung cấp nhiều hàm hữu ích cho việc thao tác và xử lý các đối tượng, mảng, chuỗi, và các kiểu dữ liệu khác Nó làm ra để JavaScript viết mã dễ đọc, ngắn gọn và hiệu quả hơn

- EJS (Embedded JavaScript) là một công cụ template (template engine) dành cho Node.js, cho phép bạn tạo HTML với JavaScript EJS giúp bạn nhúng mã JavaScript vào HTML để tạo các trang web động dễ dàng

- jQuery là một thư viện JavaScript giàu tính năng, được thiết kế để làm các thao tác trên tài liệu HTML (DOM), xử lý sự kiện, tạo hoạt ảnh và Ajax jQuery giúp việc viết JavaScript trở nên dễ dàng hơn với cú pháp ngắn gọn và dễ sử dụng

- Nodes7 là một thư viện Node.js được thiết kế để giao tiếp với các bộ điều khiển logic lập trình được (Programmable Logic Controllers - PLCs) sử dụng giao thức S7 của Siemens Thư viện này kết nối với PLCs từ các ứng dụng Node.js, cho phép đọc và ghi dữ liệu từ/đến PLCs sử dụng giao thức Ethernet

Cấu trúc HTML gồm có 3 thành phần cơ bản như sau:

- : Phần khai báo chuẩn của HTML

- : Phần chứa những khai báo về định dạng tệp được sử dụng như css, javascript hoặc chứa Title,

- : Phần sẽ chữa những nội dung cần thiết để trình bày cho người dùng xử lý

Bên cạnh đó, CSS sẽ đi đôi với HTML, giúp cho những thành phần trong trình duyệt có những trạng thái, thuộc tính riêng biệt ví dụ như màu sắc, kích thước,

Webserver giám sát và điều khiển hệ thống này có giao diện gồm có các trang điều khiển, giám sát và vận hành với các chức năng tương tự được giới thiệu trong giao diện trên WINCC nhưng có sẽ có thêm cho cả người dùng về phần lịch sử ra vào xe của bản thân trong hệ thống và cung cấp thêm cho người sử dụng thêm các dữ liệu về hệ thống gửi xe được xây dựng như thế nào

Hình 4.21 Giao diện đăng nhập trên Web Server

Giao diện đăng nhập sẽ phân quyền cho 2 cấp bậc

- Admin: mật khẩu “123456” có thể truy cập mọi trang trên web

- User: mật khẩu “1” chỉ có thể xem được lịch sử, không điều khiển thể hệ thống

Hình 4.22 Giao diện chính trên Web Server

Chứa các thông tin cơ bản như tên trang web cũng như giáo viên hướng dẫn và thành viên nhóm, các hình ảnh về hệ thống

Giao diện chứa các thông tin như các thành phần phần cứng tạo lên hệ thống, và các thiết bị, giao diện điều khiển và giám sát hệ thống

Hình 4.23 Giao diện thông tin trên Web Server

Giao diện sẽ chứa các nút nhấn điều khiển hệ thống, alarm, IO Field, để giám sát hệ thống giống như các thành phần có trên giao diện Wincc

Hình 4.24 Giao diện điều khiển trên Web Server

Giao diện này sẽ giúp ta xem lượng xe được gửi vào từ khi bật web lên

Hình 4.25 Giao diện trạng thái trên Web Server

Viết chương trình điều khiển hệ thống

4.5.1 Chương trình đọc thẻ RFID

Nhóm sử dụng module RFID RC522 để quẹt thẻ qua ESP32 nên nhóm sẽ cần sử dụng các thư viện liên quan như: thư viện MFRC522.h dùng cho việc điều khiển module RFID Còn để giao tiếp với RFID thì ta cần chuẩn giao tiếp SPI thông qua thư viện SPI.h Bên cạnh đó thư viện BluetoothSerial.h giúp giao tiếp qua Bluetooth Serial trên ESP32 Trong chương trình của ESP32 thì phần quan trọng là rfid.PICC_IsNewCardPresent() để nhận thẻ khi đưa vào vùng quét, sau đó sẽ tiến hành đọc thẻ bằng hàm rfid.PICC_ReadCardSerial() để bắt đầu in ra từng byte trong UID của thẻ, sau đó chuyển byte sang dạng hex xong xuất ra serial monitor cũng như Bluetooth bằng hàm Serial.println(), SerialBT.println()

4.5.2 Chương trình lựa chọn vị trí gửi xe Để thuận tiện cho khách hàng trong việc gửi xe, nhóm đã thiết kế hệ thống gửi xe thành ba nhóm khách hàng tương ứng với 3 khu vực có mức độ ưu tiên khác nhau:

- Nhóm khách hàng gửi thường xuyên trong một ngày: được xếp vào loại khách hàng ưu tiên một này sẽ được xếp vào các vị trí thuận lợi có thể lấy xe với thời gian ngắn nhất trong hệ thống

- Nhóm khách hàng gửi hàng ngày liên tục: được xếp vào loại khách hàng ưu tiên hai này sẽ được xếp vào vị trí với thời gian lấy xe trung bình của hệ thống

- Nhóm khách hàng còn lại : được xếp vào loại khách hàng ưu tiên ba sẽ xếp vào các vị trị với thời gian lấy xe chậm của hệ thống

Ngoài ra, nếu các vị trí của các khách hàng ưu tiên ba hết thì hệ thống bố trí gửi xe vào các vị trí ưu tiên hai và lần lượt ưu tiên một và tương tự với các loại khách hàng khác Khi đã đầy toàn bộ vị trí hệ thống sẽ không gửi tín hiệu di chuyển cho cơ cấu vận hành Cơ chế lấp đầy cũng được nhóm vận dụng khi có 1 vị trí chen giữa trống nó sẽ được lấp đầy ngay khi có xe thỏa điều kiện khu vực đó

Hình 4.37 Code lựa chọn vị trí gửi xe

Vận hành hệ thống

Bước 1: Cấp nguồn 220VAC cho hệ thống

Bước 2: Kết nối các giao diện hệ thống Cắm dây ethernet, chạy các chương trình Python, Web server

Bước 3: Vào giao diện điều khiển trên WinCC chọn chế độ điều khiển bằng tay để hiệu chỉnh vị trí

Bước 4: Chọn lại chế độ điều khiển tự động để vận hành hệ thống, chuyển sang giao diện vận hành để quan sát thông tin xe ra vào

Bước 5: Để dừng hoạt động nhấn nút OFF ở các giao diện giám sát, vận hành và ngắt ngắt nguồn điện hệ thống

Khi xảy ra lỗi: nhấn nút PAUSE trên giao diện điều khiển sau đó chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay để gỡ lỗi rồi nhấn nút RESET cuối cùng nhấn RESUME để tiếp tục hoạt động hệ thống

KẾT QUẢ

Kết quả đạt được

❖ Thực nghiệm quy trình hoạt động của hệ thống

• Hệ thống ban đầu khi chưa hoạt động

Ban đầu cơ sở dữ liệu trống, kết nối với các giao diện giám sát vận hành hệ thống

Hình 5.1 Giao diện điều khiển WinCC khi chưa vận hành

Hình 5.2 Giao diện vận hành WinCC khi chưa vận hành

Hình 5.3 Giao diện điều khiển Web server khi chưa vận hành

Hình 5.4 Giao diện kết nối Python khi chưa vận hành

• Thực hiện gửi xe chế độ auto

Tại giao diện vận hành của WinCC sau khi thiết lập vị trí cần nhấn START sau đó nhấn RUN để đưa hệ thống vào chạy chế độ tự động Đồng thời kết nối ESP32 với giao diện

Hình 5.5 Giao diện vận hành WinCC ở chế độ tự động

Hình 5.6 Giao diện vận hành Web server ở chế độ tự động

Hình 5.7 Giao diện kết nối ESP32 với Python

• Thực hiện gửi xe ở chế độ auto

Thực hiện quẹt thẻ gửi xe

Hình 5.8 Quẹt thẻ gửi xe

Gửi xe thứ nhất vào

Hình 5.9 Giao diện vận hành WinCC có xe vàng vào

Hình 5.10 Giao diện vận hành Python có xe vàng vào

Hình 5.11 Giao diện vận hành Web server có xe vàng vào

Hình 5.12 Hình ảnh gửi xe vàng

Hình 5.13 Giao diện vận hành Python có xe trắng vào

Hình 5.14 Giao diện vận hành WinCC có xe trắng vào

Hình 5.15 Giao diện vận hành Web server có xe trắng vào

Hình 5.16 Hình ảnh gửi xe trắng vào

Hình 5.17 Giao diện vận hành Python có xe xanh vào

Hình 5.18 Giao diện vận hành WinCC có xe xanh vào

Hình 5.19 Giao diện vận hành Web server có xe xanh vào

Hình 5.20 Hình ảnh gửi xe xanh vào

• Thực hiện truy xuất thông tin các xe

Sử dụng chức năng truy xuất thông tin để xem lại các thông tin của xe đang được gửi trong hệ thống Nhấn vào các vị trí màu xanh trên giao diện để truy xuất thông tin xe có ở vị trí đó

Hình 5.21 Hình ảnh truy xuất thông tin xe vàng trên WinCC

Hình 5.22 Hình ảnh truy xuất thông tin xe vàng trên Web server

• Thực hiện lấy xe ra

Lấy xe ra với đơn vị thành tiền 1000 vnd/giây

Hình 5.23 Hình ảnh quẹt thẻ lấy xe ra Lấy xe màu vàng

Hình 5.24 Giao diện lấy xe vàng

Hình 4.25 Giao diện lấy xe trắng Lấy xe màu xanh

Hình 5.26 Giao diện lấy xe xanh

Phân tích và so sánh

• Tốc độ gửi hoặc lấy xe:

Trong hệ thống tốc độ gửi xe và lấy xe được cố định ở mức 5.5 giây, sự khác biệt ở chỗ thời gian di chuyển giữa các vị trí Nhóm thực hiện thống kê thực tế hệ thống vận hành và có được bảng số liệu đơn vị giây như sau:

Vị trí Thời gian gửi xe Thời gian lây xe

Bảng 5.1: Thực nghiệm thời gian gửi xe và lấy xe

Thông qua bảng số liệu thu thập được ta biết thời gian gửi xe trung bình là 5 giây, thời gian lấy xe trung bình là 5.8 giây Ngoài ra ta cũng chia được 3 khu vựa để ưu tiên khi gửi xe dựa trên tiêu chí lấy xe ra cho khách hàng nhanh nhất là các vị trí 1,2,3,4,8,9,10,11 là khu vựa ưu tiên 1 có thời gian lấy xe trung

67 bình 16.725 giây, các vị trí 12,15,16,17,18,19,20,24 là khu vựa ưu tiên 1 có thời gian lấy xe trung bình 19.5 giây, còn lại các vị trí vị trí 5,6,7,13,14,21,22,23 có thời gian lấy xe trung bình 22.175 giây Đối với tốc độ như vậy nhóm đã thấy hợp lý vì nếu tốc độ lớn hơn khung hệ thống sẽ rung lắc nhiều hơn ảnh hưởng đến quá trình vận hành hệ thống

• Giải pháp tối ưu vị trí gửi xe:

Sau thực nghiệm nhóm quy định được 3 khu vực ứng với 3 mức độ ưu tiên khi khách hàng gửi xe Dựa vào thời gian lấy để xác định các khu vực đó

Sử dụng 2 bộ từ điển để lựa chọn vị trí ửi xe 1 bộ dùng cho riêng từng khu vực 1 bộ dùng chung cho cả 3 khu vực khi có bất kì 1 khu vực đã đầy Bên trong từ điển đó, nhóm dùng thuật toán đưa vị trí trống lên đầu nhằm để lấp đầy khi có một vị trí trống xen giữa

• Mô hình phần cứng giải pháp vận chuyển xe:

Nhóm đã thiết kế và thi công thành công mô hình bãi gửi xe tự động cao tầng với dạng trụ tròn Mô hình này đã tối ưu hóa diện tích chứa xe so với các bãi gửi xe truyền thống và mang lại cấu trúc cao tầng vững chắc hơn so với dạng trụ vuông Hệ thống sử dụng tay nâng hoạt động trong lòng trụ tròn để vận chuyển xe Tuy nhiên, giải pháp này vẫn còn một số hạn chế Tay nâng không thể thực hiện đồng thời việc gửi và lấy xe, dẫn đến thời gian chờ đợi của khách hàng tăng lên Mặc dù tốc độ di chuyển của tay nâng khá nhanh, nhưng ba động cơ điều khiển không hoạt động đồng bộ và không cùng dừng lại tại một thời điểm, gây ra sự thiếu hiệu quả trong vận hành Hơn nữa, cấu trúc và kích thước của tay nâng chưa được tối ưu hóa, dẫn đến việc không tận dụng tối đa diện tích của hệ thống.

Tổng kết

- Thi công hoàn thành mô hình bài giữ xe ô tô tự động

- Mô hình có thể gởi xe vào và lấy xe ra vị trí đúng

- Khi khách hàng quẹt thẻ thì mô hình lưu lại mã thẻ và gởi tín hiệu cho vi điều khiển xử lý

- Sử dụng machine learning YOLO để hỗ trợ xử lý ảnh xe cho chất lượng hình ảnh cao, chính xác

- Xây dựng thuật toán vị trí ưu tiên gởi xe tối ưu thời gian trả xe cho khách hàng

- Vận hành và giám sát trên WinCC đúng yêu cầu

- Vận hành và giám sát trên Webserver đúng yêu cầu

- Vận hành và giám sát trên Python đúng yêu cầu

- Mô hình còn rung lắc khi vận hành

- Việc nhận diện màu sắc và biển số còn chưa đúng

- Cánh tay Robot trong mô hình chưa được tối ưu hóa nên chưa rút ngắn thời gian trả xe cho khách hàng

- Chưa sử dụng các chuẩn giao tiếp không dây để tối ưu hệ thống

Sau khi hoàn thành hệ thống nhóm đưa vào chạy thử và thu thập số liệu về số lần thực hiện chính xác nhằm kiểm tra tính ổn định, độ chính xác của hệ thống

STT Số lần thử nghiệm Số lần thử nghiệm đạt Tỷ lệ %

Bảng 5.2: Tỷ lệ thục nghiệm hệ thống